《物聯(lián)網(wǎng)概論》 課件 5 物聯(lián)網(wǎng)通信

5.物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)概論主講教師：12物聯(lián)網(wǎng)五大關(guān)鍵要素物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵要素及涉及的技術(shù)示例IoT關(guān)鍵要素涉及的技術(shù)示例識別命名電子產(chǎn)品代碼（EPC）、泛在碼（UCode）尋址IPv4、IPv6感知智能傳感器、可穿戴設(shè)備、嵌入式傳感器、執(zhí)行器、射頻識別標(biāo)簽通信射頻識別通信（RFID）、近場通信（NFC）、超寬帶通信（UWB）、藍(lán)牙通信（BT）、藍(lán)牙低功耗通信（BLE）、紫蜂通信（Zigbee）、Z-Wave、WiFi、LTE、LTE-A計算硬件Arduino、樹莓派、MediaTekLinkItONE等物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺軟件Contiki、TinyOS、LiteOS、AndroidThings等物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)服務(wù)身份服務(wù)（如供應(yīng)鏈管理）信息聚合服務(wù)（如智能電網(wǎng)）協(xié)作感知服務(wù)（如智能家居）3現(xiàn)代通信系統(tǒng)一般模型信源：信息的發(fā)布者，是信息的源頭，即產(chǎn)生信息的所在。發(fā)信機和收信機：分別負(fù)責(zé)發(fā)送和接收信號，在雙工系統(tǒng)中，發(fā)信機和收信機通常集成在一起以負(fù)責(zé)信息的收發(fā)。信道：是信息傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線或者無線。在通信的過程中，還有可能迭加噪聲。信宿：是信息的歸宿，即是信息最終的接收者。4選用合適的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)應(yīng)用場景寬泛豐富終端節(jié)點異構(gòu)性終端節(jié)點能力受限要在對應(yīng)用場景及客觀需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選用合適的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)55.物聯(lián)網(wǎng)通信5.25.1短距離通信技術(shù)5.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)長距離通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的典型短距離無線通信技術(shù)WiFi藍(lán)牙

Bluetooth紫蜂

ZigBee超寬帶UWB光保真LiFiZ-Wave近場通信NFC射頻識別RFID7短距離通信技術(shù)——WiFi工作頻段：2.4GHz和5GHz覆蓋范圍廣。與藍(lán)牙技術(shù)的覆蓋范圍大約只有15米左右相比，WiFi的覆蓋半徑可達(dá)100米左右。一些廠家進(jìn)行增強后，覆蓋半徑可達(dá)到200至300米，特別適合寫字樓、商場、學(xué)校等場合使用。傳輸速度快。802.11n是當(dāng)前WiFi最常用的標(biāo)準(zhǔn)，支持多入多出（MultipleInputMultipleOutput，簡稱MIMO）技術(shù)、空時分組碼技術(shù)、以及標(biāo)準(zhǔn)帶寬和雙倍帶寬。數(shù)據(jù)傳輸速率通常為300Mbps，雙倍帶寬下最高可達(dá)600Mbps，傳輸范圍也進(jìn)一步增加。搭建成本低，進(jìn)入門檻低。功耗較低，健康安全。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實際發(fā)射功率約60~70毫瓦；相比之下，手機發(fā)射功率約200毫瓦至1瓦，手持式對講機高達(dá)5瓦。8短距離通信技術(shù)——藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離：通常為10米，使用增強技術(shù)可將有效傳輸距離擴充到百米以上。低功耗。設(shè)備在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式：激活（Active）、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）。除了激活模式外，其余三種都是低功耗模式。語音數(shù)據(jù)同傳。支持異步數(shù)據(jù)和同步語音的同時傳輸。工作在2.4GHz的ISM頻段，抗干擾能力強。工作在ISM頻段的無線電設(shè)備有很多，如家用微波爐、WiFi及HomeRF等。為抵抗來自這些設(shè)備的干擾，藍(lán)牙采用跳頻的方式來擴展頻譜，在工作頻段2.402~2.48GHz內(nèi)分成79個頻點，相鄰頻點間隔1MHz。設(shè)備在某頻點發(fā)送數(shù)據(jù)后，會以偽隨機的規(guī)律跳到另一個頻點發(fā)送數(shù)據(jù)。9短距離通信技術(shù)——藍(lán)牙模塊體積小，便于集成。超小型藍(lán)牙模塊尺寸：長寬高均小于1cm。開放的接口標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟將藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)全部公開，任何單位和個人可依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，只要最終通過藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的產(chǎn)品兼容性測試，就可以推向市場。低成本。藍(lán)牙作為國際標(biāo)準(zhǔn)，在全球擁有最廣泛的的通用性，刺激了龐大的市場需求，并將藍(lán)牙技術(shù)的使用成本攤薄。10藍(lán)牙歷經(jīng)多版本，速度不斷提高藍(lán)牙4.1@2013提供藍(lán)牙低能耗提供高數(shù)據(jù)速率提供IP連接以支持物聯(lián)網(wǎng)的需求。藍(lán)牙4.2@2014改善數(shù)據(jù)傳輸速度：提高了2.5倍。改善隱私保護(hù)：連接或追蹤用戶設(shè)備必須經(jīng)過用戶許可。11藍(lán)牙5.0的改善傳輸速度相對于藍(lán)牙4.2翻倍，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率為2Mb/s123456藍(lán)牙5.0傳輸距離是藍(lán)牙4.2的4倍，有效工作距離可達(dá)300米。支持八倍廣告信息容量，擴展廣告允許每個數(shù)據(jù)包發(fā)送最多255個字節(jié)的有效負(fù)載數(shù)據(jù)，而不是舊版本的31字節(jié)數(shù)據(jù)有效載荷。室內(nèi)定位輔助功能，結(jié)合WiFi可實現(xiàn)精度小于1m的室內(nèi)定位。功耗進(jìn)一步大大降低，鞏固了藍(lán)牙作為智能可穿戴設(shè)備以及智能家居設(shè)備的主要連接方式的地位。進(jìn)一步支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，有針對性的進(jìn)行了底層優(yōu)化。12藍(lán)牙5.0：兩倍速度兩倍速度相同數(shù)量數(shù)據(jù)可以在更短時間內(nèi)傳輸完畢，從而帶來功耗的降低。功耗的降低無線共存性能的改善支持更豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更少的無線電接通時間，帶來無線共存性能的改善。視頻流、音頻流和突發(fā)大數(shù)據(jù)傳輸（圖像）等可以通過藍(lán)牙來傳輸，帶來更多豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。13藍(lán)牙5.0：四倍距離四倍距離藍(lán)牙5.0的傳輸距離是舊版本藍(lán)牙技術(shù)的4倍，可達(dá)到300米左右。達(dá)300米支持遠(yuǎn)程遙控設(shè)備低功耗優(yōu)勢更遠(yuǎn)的傳輸距離意味著遠(yuǎn)程遙控設(shè)備，對家庭自動化和工業(yè)應(yīng)用等場景的支持。相比WiFi，藍(lán)牙用于智能家居（智能燈、智能鎖、智能電視盒子）在低功耗性能方面優(yōu)勢明顯。14藍(lán)牙5.0：八倍廣告消息容量八倍廣告消息容量低功耗藍(lán)牙（BLE）設(shè)備可以運行在三種主要狀態(tài)：廣告、掃描或連接。BLE三種狀態(tài)引入擴展廣告模式支持更豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用擴展廣告模式允許每個數(shù)據(jù)包發(fā)送最多255字節(jié)的有效負(fù)載數(shù)據(jù)，是早期藍(lán)牙版本字節(jié)限制的八倍。隨著廣告消息容量的增加，保持廣告狀態(tài)的信標(biāo)設(shè)備可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，從而支持更多新型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。15藍(lán)牙5.0：底層優(yōu)化和功能增強底層優(yōu)化功能增強新的遠(yuǎn)程和高速模式是可選功能，聲稱支持藍(lán)牙5.0的芯片組或設(shè)備可能不支持這些可選功能。功能可選功能實現(xiàn)需要收發(fā)兩端的支持功能實現(xiàn)需要軟硬件的支持新功能實現(xiàn)需要藍(lán)牙通信的兩端設(shè)備均確保支持。例如，若想在傳感器設(shè)備和智能手機之間長距離傳輸傳感器數(shù)據(jù)，二者都需要支持藍(lán)牙5.0和增強遠(yuǎn)程模式。目前能完整支持藍(lán)牙5.0及其新特性的設(shè)備（特別是智能手機）并不常見。除去硬件支持外，還需要其API為移動開發(fā)人員使用這些功能進(jìn)行授權(quán)。16案例分析：基于iBeacon的信息推送17什么是iBeacon是蘋果公司在iOS7版本所發(fā)布的新特性?；诘凸乃{(lán)牙BLE4.0技術(shù)實現(xiàn)。iBeacon基站基于低功耗藍(lán)牙BLE向周邊廣播藍(lán)牙信號，終端根據(jù)接收信號場強隨距離衰減的模型計算終端與iBeacon基站的距離，并將與基站的靠近程度區(qū)分為貼近（Immediate，幾厘米）、近距（Near，1米以內(nèi)）、遠(yuǎn)距（Far，大于1米）三個范圍等級。蘋果公司將iBeacon相關(guān)的技術(shù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)完全對外開放，只要滿足iBeacon技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就可以應(yīng)用它，比如谷歌公司在Android4.3中就支持iBeacon。18iBeacon結(jié)合微信實現(xiàn)廣告推送結(jié)合微信實現(xiàn)廣告等信息推送是iBeacon最常見的應(yīng)用之一。在商場、電梯間甚至公交車的電視屏幕旁，常有微信搖一搖的提示，打開微信搖一搖界面，會看到多出一個“周邊”的標(biāo)簽，搖動手機，就會搖出一個公眾號，點擊進(jìn)去一般是廣告或優(yōu)惠券頁面，商家以此吸引用戶到店消費。1920iBeacon結(jié)合微信實現(xiàn)廣告推送iBeacon結(jié)合微信實現(xiàn)廣告推送的具體步驟（1-3）21參數(shù)申請與配置。商家購買iBeacon基站，在微信后臺申請iBeacon基站ID，該ID是識別iBeacon基站的唯一標(biāo)識符，包括廠商識別號（UUID，128位）、群組號（Major，16位）和組內(nèi)單個Beacon號（Minor，16位）。商家將這些參數(shù)配置到iBeacon基站。結(jié)果頁面配置。商家配置搖一搖周邊的指向HTML5結(jié)果頁面，如優(yōu)惠券信息、公眾號、廣告頁面等，將這個頁面和iBeacon設(shè)備綁定。iBeacon基站部署。商家將iBeacon設(shè)備放到某個位置，一般可以在地面或墻面部署。iBeacon結(jié)合微信實現(xiàn)廣告推送的具體步驟（5-8）22用戶獲取iBeacon基站的廣播信號。iBeacon基站基于BLE技術(shù)向周邊廣播藍(lán)牙信號，當(dāng)持有智能終端的用戶走進(jìn)iBeacon基站周邊設(shè)定區(qū)域，用微信搖一搖周邊，就會收到iBeacon基站發(fā)出的信號。用戶向服務(wù)器上傳iBeacon基站ID。微信應(yīng)用從iBeacon基站發(fā)出的信號中獲取該iBeacon基站的ID（UUID+Major+Minor），并將該基站ID上傳至微信服務(wù)器。服務(wù)器向用戶推送結(jié)果頁面鏈接。微信服務(wù)器將iBeacon基站ID對應(yīng)的結(jié)果頁面的鏈接返回給用戶。用戶點擊鏈接，終端內(nèi)置瀏覽器打開鏈接，即看到結(jié)果頁面對應(yīng)的信息。短距離通信技術(shù)——ZigBeeZigBee與藍(lán)牙類似，是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線通信技術(shù)，用于傳感控制類(SensorandControl)應(yīng)用。工作頻段：ISM頻段，2.4GHz（全球）、868MHz（歐洲）、915MHz（北美）。傳輸速率：最高250kbps、20kbps以及40kbps。傳輸距離在10m到75m之間，可通過增加功率放大模塊的方式提升傳輸距離。23短距離通信技術(shù)——ZigBee24ZigBee依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。星狀樹狀網(wǎng)狀ZC：協(xié)調(diào)器ZR：路由器ZED：終端短距離通信技術(shù)——ZigBee25低功耗。低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。ZigBee的響應(yīng)速度較快，從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)（休眠激活時延）只需15ms，節(jié)點連接入網(wǎng)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，完成同樣動作，藍(lán)牙和WiFi都需要數(shù)秒。低成本。大幅簡化協(xié)議，降低了對通信控制器的要求，免協(xié)議專利費。低速率?？商峁?50kbps(@2.4GHz)、40kbps(@915MHz)和20kbps(@868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，專注于低速率傳輸應(yīng)用的需求。短距離通信技術(shù)——ZigBee26近距離。傳輸范圍（相鄰節(jié)點）介于10～100m之間，增加發(fā)射功率后，可增加到1～3km。再通過路由和節(jié)點間通信接力，傳輸距離可以更遠(yuǎn)。超大容量。采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點（最多254個）；主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。高安全?？伸`活設(shè)置的三級安全模式，包括安全設(shè)定、使用訪問控制清單(AccessControlList,ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES-128加密算法）的對稱密碼。自組織組網(wǎng)。自愈能力強，通信可靠性高。短距離通信技術(shù)——ZigBee27智能家居機頂盒、衛(wèi)星接收器、家庭網(wǎng)關(guān)等：家庭監(jiān)控和能源管理等解決方案Zigbee手機（韓國）：將個人電腦、家用設(shè)備和電動開關(guān)連接智能工業(yè)傳感器+ZigBee：數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理，如危險化學(xué)成分的檢測、火警的早期檢測和預(yù)報、高速旋轉(zhuǎn)機器的檢測和維護(hù)基于ZigBee的自動抄表系統(tǒng)交通運輸分布式交運信息系統(tǒng)：跟蹤公共交通情況、根據(jù)不同交通流量動態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈，追蹤超速的汽車或被盜的汽車、精確定位和交通環(huán)境分析等樓宇自動化電燈開關(guān)、煙火檢測器、抄表系統(tǒng)、無線報警、安保系統(tǒng)、HVAC、廚房器械：遠(yuǎn)程控制服務(wù)智慧農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)蔬果大棚監(jiān)測組網(wǎng)系統(tǒng)（深圳）：實時采集溫室內(nèi)溫度、土壤溫度、CO2濃度、濕度信號以及光照、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備案例：ZigBee智能照明28光照感知與控制的實現(xiàn)示意29短距離通信技術(shù)——UWB超寬帶無線通信技術(shù)（Ultra-WideBand,UWB）：一種新型無線通信技術(shù)，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖（而不是載波）傳輸數(shù)據(jù)。傳播距離：在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，10米左右。傳輸速率：數(shù)百Mbps至數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。頻率范圍：3.1GHz到10.6GHz之間30UWB技術(shù)特點通過發(fā)送納秒級脈沖（而不是載波）來傳輸數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化，容易實現(xiàn)。123456系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)凸母甙踩远ㄎ痪_工程簡單造價低以超寬的頻率帶寬（數(shù)GHz）換取高速數(shù)據(jù)傳輸（高達(dá)1Gbps）。高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦到幾十毫瓦。設(shè)備功率是傳統(tǒng)移動電話功率的1/100，藍(lán)牙設(shè)備功率的1/20。信號能量彌散在極寬的頻帶內(nèi)，相當(dāng)于白噪聲，信號功率譜密度低于自然電子噪聲。監(jiān)測困難，安全性高。具有極強的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，不同于GPS的絕對地理定位，可實現(xiàn)相對定位，定位精度達(dá)厘米級。以全數(shù)字化的方式在工程上實現(xiàn)。只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對脈沖產(chǎn)生調(diào)制，涉及電路可被集成到一個芯片上。31UWB：適合較高定位精度需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用高危行業(yè)人員監(jiān)控和救援1234UWB采用納秒級非正弦窄脈沖通信，穿透力強，可以達(dá)到厘米級別的定位精度特別適合有較高定位精度需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是未來十年的室內(nèi)定位主流技術(shù)可實時監(jiān)控人員或物資的位置信息，實現(xiàn)對人員與物資的風(fēng)險管理和安全保障公司訪客管理存貨物資管理展館位置優(yōu)化32全球UWB定位技術(shù)五巨頭33定位精度：1-10cm最大射程：400米支持大范圍定位和三維實時定位短距離通信技術(shù)——LiFiLiFi（LightFidelity），又稱“光保真技術(shù)”或“可見光通信”，由德國物理學(xué)家哈拉爾德?哈斯教授發(fā)明?；驹恚和ㄟ^改變房間照明光線的閃爍頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)電流被施加到LED燈泡上時，LED燈泡所發(fā)出光的亮度可以以極高的速度改變，這意味著可以以不同速率調(diào)制光來發(fā)送信號。LiFi接入點：借助LiFi，只要有電燈存在的環(huán)境，就有LiFi接入，LiFi熱點成為互聯(lián)網(wǎng)的新型入口。組網(wǎng)：在LiFi接入點后面，通常使用以太網(wǎng)供電（POE）或電力線通信（PLC）連接到骨干網(wǎng)絡(luò)。34LiFi的優(yōu)勢高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)速率高達(dá)數(shù)Gbps。在一個有6個LiFi集成燈的房間中，每個燈傳輸數(shù)據(jù)速率為42Mbps，則房間的總無線容量可以達(dá)到252Mbps?？垢蓴_性。不依靠無線電波，而是由照明區(qū)域來定義，沒有電磁干擾，特別適合醫(yī)院、電廠、飛機等不宜采用無線通信技術(shù)的場合。安全可靠?？梢姽獗蝗菁{和限制在一個物理空間中，只沿直線傳播，不能穿透物體，不易被截取和泄露，且有利于資產(chǎn)追蹤及用戶認(rèn)證的精確定位。低延時。比WiFi低約三倍的延時?？啥ㄎ?。支持部署高級地理圍欄功能。低能耗。照明和通信的深度耦合，光照明的同時就能傳輸信號，為通信所消耗的功率不到發(fā)光功率的5%。部署方便。只要有光源的地方，如街邊路燈都可以作為LiFi熱點。35LiFi國內(nèi)外現(xiàn)狀研究實驗階段，完整產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。國內(nèi)LED設(shè)備商：對LiFi的參與程度相對較高國內(nèi)通訊設(shè)備供應(yīng)商：對LiFi的研究集中在控制、通信、定位三個方面，如華為、中興等。國內(nèi)電力運營商：國家電網(wǎng)等正在聯(lián)合科研院所進(jìn)行LiFi技術(shù)的實驗室研究。國外：韓國三星電子的半導(dǎo)體芯片在LiFi領(lǐng)域布局較多。36LiFi的缺陷光信號不能穿墻，傳輸距離有限，僅為10米左右。如果想在建筑物內(nèi)或家居環(huán)境里無間斷地上網(wǎng)，必須確保每個房間里都有安裝了LiFi芯片的智能燈泡。LiFi在戶外（特別是白天）工作不易。如果自然環(huán)境光（如太陽光）過于強烈，會對信號傳輸形成干擾。雙向傳輸存在難度。下行傳輸依靠可見光通信，上行傳輸依靠紅外通信。37短距離通信技術(shù)——Z-Wave38基于射頻的短距離無線通信技術(shù)專為住宅和輕型商業(yè)環(huán)境中的控制、監(jiān)測和狀態(tài)讀取應(yīng)用而設(shè)計傳輸速率：9.6/40/100kbit/s，小數(shù)據(jù)包傳輸信號有效覆蓋范圍：室內(nèi)30m，室外100m+工作頻率@1GHzISM頻段：868.4MHz@歐洲/中國大陸908.4/916MHz@美國/加拿大919.8/921.4MHz@澳大利亞/巴西39支持網(wǎng)狀網(wǎng)連接以及消息確認(rèn)機制可支撐智能家庭和智慧建筑的無線控制類應(yīng)用，支持各類智能設(shè)備相互連接并交換控制命令和數(shù)據(jù)低功耗性能上優(yōu)于Wi-Fi，遠(yuǎn)程覆蓋性能上優(yōu)于藍(lán)牙在短距離無線通信技術(shù)中，相對較低的傳輸頻率、相對較遠(yuǎn)的傳輸距離和一定的價格優(yōu)勢。在智能抄表、照明及家電控制、供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，都可以考慮采納Z-Wave作為連接技術(shù)方案。Z-Wave：控制監(jiān)測類應(yīng)用@住宅及商業(yè)環(huán)境40控制節(jié)點：存儲全網(wǎng)拓?fù)湫畔?，計算信息傳輸路徑，?guī)定所有節(jié)點的路由地址，可充當(dāng)中繼器路由節(jié)點：只儲存與自身相關(guān)的部分節(jié)點的拓?fù)湫畔?，定義部分節(jié)點的路由地址，可充當(dāng)中繼器從節(jié)點：不存儲拓?fù)湫畔?，不計算信息傳輸路徑，只響?yīng)來自控制節(jié)點和路由節(jié)點的命令，可充當(dāng)中繼器Z-Wave燈光控制系統(tǒng)Z-Wave的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀拓?fù)洌N節(jié)點類型企業(yè)經(jīng)驗——Z-Wave網(wǎng)絡(luò)部署41企業(yè)經(jīng)驗：Z-Wave在戶外的距離單跳傳播距離約為100m，但建筑物的存在會縮短這個距離。實踐中，建議大約每10m（或更近）安裝一個Z-Wave設(shè)備，以實現(xiàn)較好的覆蓋效果。Z-Wave網(wǎng)絡(luò)可以連接在一起，用于更大的部署。每個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)可以支持多達(dá)232個Z-Wave設(shè)備，用戶可以在這樣的限制下靈活地添加盡可能多的設(shè)備。Z-Wave的雙向應(yīng)答機制42當(dāng)一個節(jié)點被分配了網(wǎng)絡(luò)ID和節(jié)點ID并接入Z-Wave網(wǎng)絡(luò)之后，節(jié)點能夠自動尋找周圍的鄰居節(jié)點，鄰居節(jié)點也會向該新節(jié)點發(fā)送確認(rèn)信息。

如上圖的Z-Wave組網(wǎng)：控制節(jié)點發(fā)出尋找節(jié)點的信息后，獲取新加入節(jié)點A的信息，然后分配地址給節(jié)點A，節(jié)點A反饋信息給控制節(jié)點，確認(rèn)加入Z-Wave網(wǎng)絡(luò)。43Z-Wave：在網(wǎng)狀拓?fù)渲械膭討B(tài)路由機制動態(tài)路由機制：所有節(jié)點都具有路由選擇的能力，這就使得Z-Wave網(wǎng)絡(luò)能夠繞過直接通信路徑上的障礙物，更好地覆蓋整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。

臥室里的人通過Z-Wave遙控器想關(guān)掉餐廳燈

F，關(guān)燈的信號可經(jīng)過燈C直接到燈F。假設(shè)此時出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信障礙，燈C到燈F的信號被擋住了，這時

Z-Wave會自動選擇其他的路徑，例如關(guān)燈信號可以經(jīng)燈C通過燈E傳送到燈F，這時，燈E成為了信號傳輸?shù)闹欣^器。Z-Wave在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用44在歐美的智能家居市場得到廣泛應(yīng)用以Z-Wave技術(shù)構(gòu)建家居無線網(wǎng)絡(luò)，可以通過本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)對家電的遙控，也可以通過使用計算機、手機等設(shè)備經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)對Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行控制。Z-Wave在技術(shù)上已經(jīng)很成熟，但在標(biāo)準(zhǔn)化工作、市場開拓及消費群體的培育上相比ZigBee而言尚存在差距。短距離通信技術(shù)——NFC短距離高頻無線通信技術(shù)，由飛利浦和索尼共同研制開發(fā)。非接觸式點對點：NFC設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進(jìn)行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換，是由射頻識別（RFID）及互連互通技術(shù)整合演變而來。讀取模式：有主動和被動兩種——主動讀卡器和被動標(biāo)簽之間、或兩個主動讀卡器之間可以進(jìn)行通信。工作頻率：13.56MHz通信距離：20厘米內(nèi)傳輸速度：106Kbps、212Kbps、424Kbps45NFC技術(shù)特點NFC操作簡單，僅需打開設(shè)備的NFC功能，通信雙方設(shè)備靠近即可完成數(shù)據(jù)交換，不需要多余的連接設(shè)置。123連接方便迅速46距離近、功耗低安全性高NFC采取獨特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID，傳輸距離更近、能耗更低。NFC主要用于10cm以內(nèi)的近距離私密通信，而RFID的傳輸范圍達(dá)到幾米到幾十米。以NFC技術(shù)應(yīng)用于手機支付為例。當(dāng)手機模擬銀行卡時，密碼等敏感數(shù)據(jù)一般存儲于手機的安全芯片里；敏感數(shù)據(jù)不經(jīng)過移動網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)，只在支付設(shè)備和手機之間私密傳輸，故此可以避免公共網(wǎng)絡(luò)的安全問題。5.物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)概論主講教師：475.物聯(lián)網(wǎng)通信5.25.1短距離通信技術(shù)5.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)長距離通信技術(shù)現(xiàn)代移動通信技術(shù)：1Gto5G495G系統(tǒng)八大關(guān)鍵能力指標(biāo)峰值速率移動性時延頻譜效率用戶體驗速率連接數(shù)密度流量密度能效傳統(tǒng)四大指標(biāo)新增四大指標(biāo)5051關(guān)鍵指標(biāo)范圍優(yōu)勢峰值速率：單用戶可以獲得的最高傳輸速率10Gb/s至20Gb/s

移動性：滿足一定系統(tǒng)性能前提下，通信雙方最大相對移動速度500公里/小時支持飛機、高速公路、地鐵、高鐵等超高速移動場景端到端時延：數(shù)據(jù)包從離開源節(jié)點到被目的節(jié)點成功接收所經(jīng)歷的時間長度毫秒級（1ms）支持時延嚴(yán)苛需求的業(yè)務(wù)（車聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)控制/遠(yuǎn)程醫(yī)療/VR/AR）頻譜效率：單位頻帶內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率。衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的指標(biāo)相比4G提高3到5倍。確保對頻譜更高效率的利用用戶體驗速率：真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶獲得的最低傳輸速率100Mbps至1Gbps支持超高速率需求業(yè)務(wù)（VR/AR）連接數(shù)密度：單位面積上支持的在線設(shè)備數(shù)100萬個/平方公里支持海量設(shè)備接入（物聯(lián)網(wǎng)）流量密度：單位面積區(qū)域內(nèi)的總流量數(shù)，衡量網(wǎng)絡(luò)在一定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸能力10Mb/s/平方米支持局部區(qū)域的超高數(shù)據(jù)傳輸能源效率：每消耗單位能量可以傳送的數(shù)據(jù)量。主要指基站和移動終端的發(fā)送功率，及整個移動通信系統(tǒng)設(shè)備所消耗的功率相比4G提升百倍左右支持超低功耗終端和超低成本5Gvs4G關(guān)鍵性能對比52高帶寬和高速率導(dǎo)致5G基站（包括毫微基站、微微基站、微基站）覆蓋范圍大幅縮小，從數(shù)十米到數(shù)百米，這意味著創(chuàng)建5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施需要較高的部署成本。5.物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)概論主講教師：535.物聯(lián)網(wǎng)通信5.25.1短距離通信技術(shù)5.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)長距離通信技術(shù)現(xiàn)有移動通信技術(shù)@物聯(lián)網(wǎng)：痛點分析應(yīng)用需求：通信覆蓋物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被部署于復(fù)雜的建筑環(huán)境或者人員稀少的地方，傳統(tǒng)無線技術(shù)難以穿透或者抵達(dá)。應(yīng)用需求：電力供應(yīng)很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景（比如地磁傳感器、自來水表）缺乏持續(xù)供電的條件。技術(shù)現(xiàn)實：長距離與低功耗的矛盾在長距離和低功耗之間，存在矛盾，不可兼得。短距離無線電技術(shù)不支持長距離傳輸。蜂窩通信技術(shù)可以提供更大的覆蓋范圍，但消耗了過多的設(shè)備能量。55物聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)連接性的需求終端設(shè)備：低功耗、能量自給災(zāi)情防控智慧農(nóng)業(yè)…網(wǎng)絡(luò)及終端：低成本部署終端模塊：5美金以下現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施簡單升級，盡量避免或減少大規(guī)模新硬件部署56支持增強覆蓋、廣覆蓋位于建筑物的地下室、混凝土墻后、以及電梯內(nèi)部等復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境的智能電表位于人跡罕至處的智慧農(nóng)業(yè)傳感器、災(zāi)害監(jiān)控傳感器等支持海量設(shè)備連接終端設(shè)備數(shù)量：呈指數(shù)級增長終端設(shè)備部署密度：未必均勻物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求推動LPWAN出現(xiàn)LPWAN，是指專門為解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中出現(xiàn)的低功耗、遠(yuǎn)距離（廣域連接）、海量連接場景而誕生的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。123Low-PowerWide-AreaNetwork遠(yuǎn)距離農(nóng)村地區(qū)提供長達(dá)10-40公里的遠(yuǎn)程通信，城市地區(qū)提供1-5公里的遠(yuǎn)程通信。高能效電池壽命10年以上。低成本無線芯片組成本低于2歐元，單臺設(shè)備每年的運行成本約為1歐元。57速率vs距離：無線技術(shù)對比示意58LPWAN非常適合于僅需要在遠(yuǎn)程傳輸少量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。主流LPWAN技術(shù)（標(biāo)準(zhǔn)尚未固定）非授權(quán)頻段LoRaSigfox授權(quán)頻段NB-IoT59LPWAN技術(shù)——LoRaLoRa：由法國初創(chuàng)公司Cycleo在2009年開發(fā)的專網(wǎng)LPWAN系統(tǒng)，并于三年后由美國的Semtech公司收購，是基于非授權(quán)頻譜的廣域網(wǎng)通信技術(shù)，需單獨建立基站。工作頻段：433/470/868/915MHz傳輸速率：幾百到幾十kbps。LoRa吸引了不少移動運營商如法國Bouygues和Orange、荷蘭KPN以及南非的FastNet等的投資。2015年，LoRa被LoRa聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化。Now：143家LoRa運營商@161個國家。2016年，中國LoRa應(yīng)用聯(lián)盟成立，國內(nèi)LoRa網(wǎng)絡(luò)部署全面開展。60LoRa的技術(shù)特征與優(yōu)勢（1-3）使用未授權(quán)ISM頻段歐洲@868MHz北美@915MHz亞洲@433MHz61支持雙向通信Chirp擴頻調(diào)制有與傳統(tǒng)頻移鍵控（FSK）調(diào)制方式相同的低功耗特性，能顯著增加通信范圍。可以將窄帶信號傳播到更寬的信道帶寬上。產(chǎn)生的信號具有低噪聲水平，具有較高的抗干擾能力，并且難以檢測或干擾。擴展因子：SF7-SF12擴展因子越高，距離越長，數(shù)據(jù)傳輸速率越低，反之亦然。根據(jù)擴展因子和信道帶寬，LoRa數(shù)據(jù)速率介于300bps和50kbps之間。使用不同擴展因子傳輸?shù)男畔⒖梢酝瑫r被LoRa基站接收。每條消息的最大有效負(fù)載長度為243字節(jié)。LoRa的技術(shù)特征與優(yōu)勢（4-5）廣域覆蓋一個單一LoRa網(wǎng)關(guān)或基站可以覆蓋數(shù)百平方公里。62海量連接單個Lora網(wǎng)關(guān)或基站理論可以支持5萬到10萬臺設(shè)備在線連接。實際可以支持的設(shè)備數(shù)量則與設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的頻次、數(shù)據(jù)包大小、擴展因子、無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、平臺處理能力等因素相關(guān)，也與LoRa網(wǎng)關(guān)的類型、網(wǎng)關(guān)提供的信道數(shù)量等有關(guān)，需要綜合考慮。覆蓋比利時的LoRaProximus網(wǎng)絡(luò)63LoRaWAN：基于LoRa設(shè)計的一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。64LoRaWAN協(xié)議棧：由LoRa聯(lián)盟負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化和維護(hù)工作LoRaWAN：遠(yuǎn)距離星型組網(wǎng)65LoRaWAN：冗余式消息接收機制66終端設(shè)備發(fā)送的每一條信息都被該范圍內(nèi)的所有基站接收。提高了成功接收消息的比率。（這一功能的實現(xiàn)要求在終端設(shè)備附近建設(shè)多個基站，這可能會增加網(wǎng)絡(luò)部署成本。）可以利用同一消息的多次接收來定位終端設(shè)備。（采用基于到達(dá)時差（TimeDifferenceofArrival,TDOA）的定位技術(shù)，要求多個基站之間有非常精確的時間同步。）避免移動中的網(wǎng)關(guān)（或基站）切換。LoRaWAN：異步通信機制蜂窩網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點需要頻繁被“喚醒”，以保證與網(wǎng)絡(luò)的同步并檢查消息。這樣的同步機制會消耗可觀的能量，也是電池壽命縮短的重要原因。LoRaWAN：異步通信機制支持網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)低功耗運行：通信是異步進(jìn)行的，即，節(jié)點只在準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)時通信，不論這種通信是事件驅(qū)動還是預(yù)先調(diào)度好的，避免節(jié)點被頻繁喚醒。67LoRaWAN：

自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率/多通道多調(diào)制收發(fā)——實現(xiàn)大網(wǎng)絡(luò)容量影響網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)鍵因素：并發(fā)信道的數(shù)量、空口數(shù)據(jù)傳輸速率、有效載荷長度以及節(jié)點發(fā)送頻率。Chirp擴頻調(diào)制方式：使用不同的擴展因子（SF）確保信號彼此正交。SF的變化會改變有效數(shù)據(jù)傳輸速率。LoRa網(wǎng)關(guān)充分利用這一點，實現(xiàn)同一時間在同一信道上接收來自多個節(jié)點的不同數(shù)據(jù)速率的信息，還會根據(jù)終端節(jié)點和網(wǎng)關(guān)之間鏈路情況的好壞，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)速率。自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率調(diào)整：優(yōu)化節(jié)點功耗，延長電池壽命。部署LoRa網(wǎng)絡(luò)的策略：可以先以盡量少的基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)，并在擴展網(wǎng)絡(luò)容量的需要出現(xiàn)時，通過添加更多網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量擴增6到8倍。如此，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了大容量，以及較好的伸縮性。68LoRaWAN的設(shè)備的類型69設(shè)備分類設(shè)備操作設(shè)備特征及適用的應(yīng)用A類終端允許雙向通信，調(diào)度基于終端設(shè)備的通信需求，上行傳輸后跟隨兩個短的下行接收窗口。來自服務(wù)器的下行通信只是發(fā)生在下一個被調(diào)度的上行通信之后是功耗最低的設(shè)備類型，比如以電池驅(qū)動、用于數(shù)據(jù)收集的傳感器。適用于只在終端設(shè)備上行傳輸發(fā)生不久后需要從服務(wù)器處獲取下行通信的應(yīng)用B類終端允許雙向通信，除參照A類操作外，還會在預(yù)定時間打開額外的下行接收窗口。為此，終端設(shè)備會從網(wǎng)關(guān)接收時間同步信標(biāo)，以便服務(wù)器知道終端設(shè)備何時在監(jiān)聽功耗較低的設(shè)備類型，比如以電池驅(qū)動、接收下行指令做出操作的執(zhí)行器。適用于對下行通信可容忍一定延遲的應(yīng)用C類終端允許雙向通信，除非做上行發(fā)送外，幾乎始終連續(xù)地打開下行接收窗口，用于接收的時隙是最多的功耗相對較大的設(shè)備類型，能夠持續(xù)收聽，下行通信無延遲LoRa基站（網(wǎng)關(guān)）的類型通信方式應(yīng)用場景遵循標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)型室外型全雙工半雙工完全符合LoRaWAN不完全符合LoRaWAN對一些具體的項目、特別是來自企業(yè)的私網(wǎng)需求，LoRa私有協(xié)議比LoRaWAN更加的靈活，成本更低。70LoRa適合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：遠(yuǎn)距離/低數(shù)據(jù)量/長久運行/電池供電設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)位置相對固定、密度相對集中無線抄表（電、水、氣、熱等）緩慢變化物理量（溫度、水壓、PM2.5、地磁感應(yīng)器）超低功耗傳感器無線報警器（煙霧探測器、熱釋紅外）遠(yuǎn)程I/O控制器（燈光控制、空調(diào)控制）倉儲管理長距離的，需要電池供電的應(yīng)用智能停車資產(chǎn)追蹤地質(zhì)水文監(jiān)測…案例：基于LoRa的LPWAN解決方案72兼容企業(yè)自研LoRa私有協(xié)議及LoRaWAN5.物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)概論主講教師：735.物聯(lián)網(wǎng)通信5.25.1短距離通信技術(shù)5.3低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)長距離通信技術(shù)主流LPWAN技術(shù)（標(biāo)準(zhǔn)尚未固定）非授權(quán)頻段LoRaSigfox授權(quán)頻段NB-IoT75NB-IoT：電信運營商為主推動的LPWAN技術(shù)NB-IoT（NarrowBandInternetofThings）工作在授權(quán)頻段，是基于窄帶無線電技術(shù)的LPWAN技術(shù)無需獨立部署充分利用現(xiàn)有廣域蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行平滑過渡，與現(xiàn)網(wǎng)（2G/3G/4G）共站部署，僅需軟件升級。電信級別的安全保障具有廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、海量連接、對延遲不敏感等特點。76NB-IoT的發(fā)展2016.12NB-IoT在3GPP立項NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)版本R13于2016年6月凍結(jié)和發(fā)布2015.9目前2017.52018沃達(dá)豐和華為將NB-IoT集成到西班牙的沃達(dá)豐網(wǎng)絡(luò)中，并向安裝在水表中的設(shè)備發(fā)送符合NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的第一條消息中國工信部宣布決定加快NB-IoT在公用事業(yè)和智能城市應(yīng)用中的商業(yè)化進(jìn)程多個國家宣布將部署NB-IoT技術(shù)華為正謀求擴大合作伙伴關(guān)系，在全球范圍內(nèi)部署NB-IoT。NB-IoT的性能測試和技術(shù)改進(jìn)在繼續(xù)。根據(jù)3GPP的NB-IoT規(guī)范，NB-IoT增強技術(shù)會支持定位服務(wù)、多播服務(wù)、移動性等在內(nèi)的一系列技術(shù)細(xì)節(jié)，以增強NB-IoT的應(yīng)用7778NB-IoT的技術(shù)特征NB-IoT：支持海量連接支持單頻及多頻傳輸采用單頻（SingleTone）傳輸和多頻（Multi-tone）傳輸兩種方案，為服務(wù)大量用戶提供了靈活性支持大連接單小區(qū)基站平均支持50000臺設(shè)備在線，可通過增加載波的數(shù)量來提升網(wǎng)絡(luò)容量79上行及下行鏈路上行鏈路：單載波頻分多址（FDMA），數(shù)據(jù)速率20kbps。下行鏈路：正交頻分多址（OFDMA）及正交相移鍵控調(diào)制（QPSK），數(shù)據(jù)速率200kbps消息負(fù)載每條消息最大有效負(fù)載大小為1600字節(jié)窄帶寬+半雙工NB-IoT的上行和下行帶寬均為180kHz，且設(shè)備只能工作于半雙工（HalfDuplex）模式，不可以同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)窄帶寬、半雙工運行、低階調(diào)制的設(shè)定降低了設(shè)備復(fù)雜度和設(shè)備成本NB-IoT：低技術(shù)復(fù)雜度低數(shù)據(jù)速率設(shè)定無需高容量閃存支持，有助于減少芯片面積，降低設(shè)備成本。低階調(diào)制NB-IoT不支持比正交相移鍵控（QPSK）更高階的調(diào)制方案80協(xié)議簡化帶來低功耗及針對性功能優(yōu)化NB-IoT的通信協(xié)議基于LTE協(xié)議，在其基礎(chǔ)上將功能簡化，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要做出針對性增強。例如，監(jiān)測通道質(zhì)量的測量、載波聚合和雙連接等，都會被去掉。這樣，進(jìn)一步降低了終端設(shè)備的功耗，便于實現(xiàn)電池供電。NB-IoT終端設(shè)備最大發(fā)射功率不超過200mW（23dBm），不足GPRS終端設(shè)備的最大輸出功率的十分之一。NB-IoT：簡化協(xié)議與此同時，實現(xiàn)了和GPRS相比20dB的覆蓋擴展（相當(dāng)于發(fā)射功率提升了100倍）。81NB-IoT：三種省電模式不連續(xù)接收模式（DRX）認(rèn)為下行業(yè)務(wù)隨時要被終端設(shè)備接收終端在每個DRX周期（1.28s）都會檢測是否有下行業(yè)務(wù)，適用于對時延要求較高的業(yè)務(wù)該模式最為耗電，終端設(shè)備通常需要有電源供電82擴展不連續(xù)接收模式（eDRX）終端對尋呼信道（PagingChannel，系用于基站尋呼移動終端的下行傳輸信道）周期性地監(jiān)視只在尋呼時間窗口內(nèi)按照DRX周期監(jiān)聽尋呼信道、接收下行數(shù)據(jù)，其余時間處于休眠態(tài)，不接收下行數(shù)據(jù)力求在低功耗和低時延之間獲取平衡，適用于對時延有一定要求的業(yè)務(wù)省電模式（PSM）終端始終維持注冊在網(wǎng)的狀態(tài)，但只有終端主動發(fā)送上行數(shù)據(jù)時，才會接收緩存的下行數(shù)據(jù)，其他非業(yè)務(wù)時間處于休眠狀態(tài)是最省電的模式，適合對時延要求不高的業(yè)務(wù)，終端設(shè)備通?？刹捎秒姵毓╇姴煌采w類別對應(yīng)不同調(diào)制方法、編碼速率、重復(fù)因子以及子載波間隔，應(yīng)盡量將每個用戶的數(shù)據(jù)速率與其可用的鏈路預(yù)算匹配。NB-IoT：三種覆蓋類別Extreme類設(shè)備對吞吐量和延遲的要求可以被滿足，Normal類和Extended類設(shè)備的性能得到盡可能的改善。83正常（Normal）對應(yīng)相當(dāng)高的接收功率水平擴展（Extended）對應(yīng)介于Normal與Extreme之間的功率水平極端（Extreme）對應(yīng)極低的接收功率水平123和GPRS相比，NB-IoT進(jìn)一步增加20dB的信號覆蓋，可有效覆蓋居民廚房、市政管網(wǎng)、地下車庫、地下室等常規(guī)蜂窩信號盲區(qū)。NB-IoT：頻帶資源使用靈活，與現(xiàn)網(wǎng)共存獨立操作Stand-aloneoperation一個可能場景是使用當(dāng)前已在使用的GSM頻段84保護(hù)帶操作Guard-bandoperation利用LTE載波保護(hù)帶內(nèi)尚未使用的資源塊帶內(nèi)操作In-bandoperation利用LTE載波中的資源塊不同于工作在ISM頻段的LoRa和Sigfox技術(shù)，NB-IoT工作在授權(quán)許可頻段，能提供電信級別的安全性。85NB-IoT：電信級別的安全性NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)86NB-IoT適合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用智能抄表工業(yè)自動化智能物流智慧建筑智慧停車廢物管理環(huán)境監(jiān)測智慧農(nóng)業(yè)家電監(jiān)控追蹤設(shè)備8788

SigfoxLoRaWANNB-IoT調(diào)制方式BPSKCSS（啁啾擴頻）QPSK頻率免授權(quán)ISM頻段（歐洲868MHz/北美915MHz/亞洲433MHz）免授權(quán)ISM頻段（歐洲868MHz/北美915MHz/亞洲433MHz）許可的LTE頻段帶寬100Hz250kHz、125kHz200kHz最大數(shù)據(jù)速率100bps50kbps200kbps雙向性受限制/半雙工半雙工半雙工單日最大消息數(shù)上行140條/下行4條不限不限最大載荷長度上行12bytes/下行8bytes243bytes1600bytes覆蓋范圍城市10km，郊區(qū)40km城市5km，郊區(qū)20km城市1km，郊區(qū)10km抗干擾很高很高低認(rèn)證與加密不支持支持（AES128b）支持（LTE加密）數(shù)據(jù)速率自適應(yīng)否是否切換終端不只連接一個基站終端不只連接一個基站終端只連接一個基站定位是（RSSI）是（TDOA）否（R13）私有網(wǎng)絡(luò)不支持支持不支持標(biāo)準(zhǔn)化Sigfox與ETSI協(xié)作完成LoRa-Alliance3GPPLPWAN技術(shù)參數(shù)總覽LPWAN解決方案成本對比89

頻譜成本基礎(chǔ)設(shè)施成本終端成本SigFox免費單基站高于4000€低于2€LoRa免費單網(wǎng)關(guān)高于100€單基站高于1000€3到5€NB-IoT>500M€/Hz單基站高于15000€高于20€NB-IoT的未來理想目標(biāo)終端設(shè)備成本低于5美金123456NB-IoT技術(shù)使用現(xiàn)成的蜂窩通信基礎(chǔ)設(shè)施，能為運營商節(jié)省大量的固定投入，得到各電信運營商以及高通、愛立信、華為等的強烈支持耦合損耗164dB上行鏈路延遲小于10秒單個家庭支持40個設(shè)備連接設(shè)備每天傳輸200字節(jié)數(shù)據(jù)量電池續(xù)航時間達(dá)10年90為物聯(lián)網(wǎng)選擇合適的LPWAN技術(shù)Sigfox、LoRa和NB-IoT在技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)性能上的各種差異，各自存在優(yōu)勢和劣勢，沒有任何一種LPWAN技術(shù)可以普適于所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，它們各自都應(yīng)該在物聯(lián)網(wǎng)市場上占有一席之地。針對不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，應(yīng)選擇最合適的LPWAN技術(shù)。91選取合適的LPWAN電能計量需要頻繁通信、低延遲和高數(shù)據(jù)速率。通常既不需要低能耗，也不需要較長的電池壽命。需要實時監(jiān)控做出即時決策，例如負(fù)載、停機和中斷Sigfox不適合，因為延遲性能不佳可考慮使用C級LoRa，以確保非常低的延遲NB-IoT是更好選擇，因為能保證較高數(shù)據(jù)速率和頻繁通信。人口稠密地區(qū)固定位置，LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋到位，從而確保NB-IoT的部署92選取合適的LPWAN智慧農(nóng)場溫度、濕度和堿度傳感器的使用可顯著降低耗水量，提高作物產(chǎn)量傳感器設(shè)備需要有較長的電池壽命，設(shè)備每小時更新幾次感知數(shù)據(jù)即可許多農(nóng)場并沒有LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋，NB-IOT并非明智選擇Sigfox和LoRa是理想選擇93選取合適的LPWAN智慧工廠實時機械監(jiān)控可防止工業(yè)生產(chǎn)線停機，并通過允許遠(yuǎn)程控制以提高效率。在工廠自動化中，存在各種類型的傳感器以及相關(guān)的通信要求。有些應(yīng)用需要頻繁通信和高質(zhì)量服務(wù)，因此NB-IoT相比于SigFox和LoRa，是更好的解決方案對需要低成本傳感器和較長電池壽命來進(jìn)行資產(chǎn)跟蹤和狀態(tài)監(jiān)控的應(yīng)用而言，SigFox和LoRa更好可以根據(jù)具體的應(yīng)用場景，使用多種LPWAN技術(shù)的混合解決方案94選取合適的LPWAN智慧建筑常用：溫度、濕度、安全性、水流及電插頭傳感器需要低成本和長電池壽命不需要服務(wù)質(zhì)量或頻繁通信SigFox和LoRa更適合95選取合適的LPWAN零售終端有處理頻繁通信的需求，需要保證服務(wù)質(zhì)量一般具有連續(xù)的電源，對電池壽命沒有限制。長延遲時間限制可進(jìn)行的交易數(shù)量，故對低延遲有較強需求。NB-IoT更適合96選取合適的LPWAN物流托盤追蹤物流公司可以擁有自己的網(wǎng)