萬物互連的物聯網連接技術

2018-04-09 17:05

1、藍牙5.0

藍牙5.0技術是由藍牙技術聯盟2016年12月6日正式發布，SIG組織是藍牙技術的官方組織，它是由全球超過三萬家公司加盟的非盈利機構，也是藍牙商標的所有者。它以制定藍牙標準、推動該技術的普及和發展為宗旨。

（1）BT5.0

藍牙技術本身并不是什么新技術，藍牙技術適用于無需額外無線基礎設施的智能手機和平板電腦，可提供短距離、點對點連接，同時本身功耗也很低。各種藍牙產品也隨處可見，舉凡移動設備、耳機、車機等各式消費或專業電子設備都能發現藍牙的蹤跡。然而卻正是由于藍牙5.0的發布，才使得藍牙技術進入物聯網行業的視野。這主要是由于藍牙5.0相比于上一版本，有了以下特性的改變。

2倍傳輸速度的提升，BT5.0在之前1Mbps的PHY基礎之上，增加了一個可選的2Mbps的PHY。4倍通訊距離的提升，在降低帶寬提升通訊距離同時保持功耗不變,允許的最大輸出功率從之前的10mW提升至100mW。使得藍牙發射和接受設備之間的理論有效工作距離增至300米。8倍廣播數據容量提升，從BLE4.2的31字節提升至255字節，并且可以將原來的3個廣播通道擴展到37個廣播通道，增加通道選擇算法,同時允許無需配對接受信標的數據，比如廣告、Beacon、位置信息等。

基于藍牙5.0的技術，使得藍牙信號覆蓋范圍更廣，傳輸速度更快，連接更加穩定可靠。藍牙5.0還有支持室內定位和導航的功能，結合WIFI可實現精確度小于1米的室內定位，并且藍牙5.0還針對物聯網的應用做了很多底層優化。

然而僅靠以上這些新特性，藍牙5.0還不能說是物聯網技術的完美解決方案，因為它沒能很好的解決聯網問題，各個藍牙設備仍然是獨立的個體，且無法直接接入因特網。于是在2017年7月19日，藍牙技術聯盟正式推出SIG Mesh標準，藍牙技術開始全面支持Mesh網絡。隨著SIG Mesh標準的發布，可以說是補齊了藍牙5.0技術在物聯網應用上的最后一塊短板，利用這項技術，可以實現設備的自組網連接，通過接入節點即可實現跟互聯網相連，大大減少組網成本。

（2）Mesh組網示意

Mesh網絡可以使藍牙設備直接或間接傳輸信息到接受信息所需的設備，這種網絡架構相對穩定，整個系統不會由于單個設備的失效而無法順利運行。由于藍牙網狀網絡采用泛洪法從網絡中的一個設備傳輸信息到所有的各個設備，與路由傳輸方法相比，這種方法需要較少的存儲和較低的處理能耗，故而更節能。

2、NB-IOT

2014年5月，在GERAN組“FS_IoT_LC”的研究項目中，主要有3項技術被提出，分別是拓展覆蓋GSM技術、NB-CIoT技術和NB-LTE技術。其中NB-CIoT由華為、高通和Neul聯合提出，NB-LTE由愛立信、中興、諾基亞等廠家聯合提出。最終，在2015年9月的RAN#69次全會上協商統一為NB-IoT技術。

（1）NB-IOT技術演進

從接入網絡技術來看，NB-IoT是在LTE基礎上發展起來的，其主要采用了LTE的相關技術，并針對自身特點做了相應的修改。當NB-IoT與LTE并存部署時，下行鏈路上NB-IoT和LTE可以做到互不影響。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE網絡中，即可復用現有基站以降低部署成本，實現平滑升級。NB-IoT是可運營的電信網絡，這是NB-IoT區別于LoRa、SigFox等技術的關鍵。

（2）NB-IoT具備四大特點：

一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，覆蓋面積擴大100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

（3）NB-IOT網絡部署

因為NB-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優勢，使其可以廣泛應用于多種垂直行業，如遠程抄表、資產跟蹤、智能停車、智慧農業、公共監測、企業安防等。NB-IoT的部署方式較為快捷、靈活，也可以部署在3G/4G網絡。NB-IoT單扇區支持5萬個連接，比現有網絡連接數高50倍，目前全球有約500萬個物理站點，假設全球有約500萬個物理站點，所有站點全部部署NB-IoT，每站點三扇區共計可接入終端數將達4500億個。

3、RFID

無線射頻識別技術RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID技術廣泛應用于各行各業，日常生活中常見的門禁、食品、安防設備、交通系統都有RFID技術的應用。

RFID系統的基本組成包括：①讀寫器：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；②天線：在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號；③標簽：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象;

每個標簽都有一個全球惟一的ID號碼UID，UID是在制作芯片時放在ROM中的，無法修改，標簽根據其工作方式分為有源標簽和無源標簽兩種。讀寫器對標簽的操作有三類：識別，讀取UID；讀取，讀取用戶數據；寫入，寫入用戶數據。

RFID的工作頻率分為低頻和高頻兩類，低頻系統工作頻率通常小于30MHz，典型工作頻段為125KHz、225KHz、13.56MHz等。低頻電子標簽成本較低，標簽內保存的數據量較小，讀寫距離較短，外形多樣，讀寫天線方向性不強;高頻系統工作頻率通常大于400MHz，典型工作頻段為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。高頻系統標簽內保存的數據量較大，讀寫距離較遠，能適應物體高速運動，外形一般為卡狀，讀寫天線及電子標簽天線均有較強的方向性，但成本較高。