NB-IoT、LoRa、eMTC、Zigbee、Sigfox、WiFi、藍牙，誰能稱霸物聯網時代？

根據 IDC 市場研究機構報告顯示，到 2020 年全球將有 260 億件設備接入物聯網，全球物聯網產業(yè)規(guī)模將達到 1.7 萬億美元。

物聯網悄然拉開了“萬物互聯”的帷幕。在“萬物互聯”時代，首先要解決“物”與“網”的連接問題，物聯網生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分是連接和通信，使得遠程和分散物體（設備，傳感器節(jié)點，網關單元，云服務器）之間的連接和通信成為可能，所以“連接技術”決定了物聯網發(fā)展的走向。

物聯網無線接入技術種類眾多，包括 Zigbee、WiFi、藍牙等短距離通信技術和 LoRa、SigFox、eMTC、NB-IoT 等長距無線通信技術。其中，受業(yè)界青睞的低功耗廣域技術 LPWA 既包括廣域非授權頻譜技術 LoRa 和 SigFox，也包括授權頻譜的 eMTC 和 NB-IoT 等。

NB-IoT

NB-IoT 是指窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things)技術，是一種低功耗廣域(LPWA)網絡技術標準，基于蜂窩技術，用于連接使用無線蜂窩網絡的各種智能傳感器和設備，聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯網(IoT)市場，是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。

NB-IoT 技術可以理解為是 LTE 技術的“簡化版”，NB-IoT 網絡是基于現有 LTE 網絡進行改造得來的。

LTE 網絡為“人”服務，為手機服務，為消費互聯網服務；而 NB-IoT 網絡為“物”服務，為物聯網終端服務，為產業(yè)互聯網（物聯網）服務。

NB-IoT 使用 License 頻段，可直接部署于 GSM 網絡、UMTS 網絡或 LTE 網絡，與現有網絡共存，以降低部署成本、實現平滑升級。

NB-IoT 的特點

低功耗

NB-IoT 聚焦小數據量、小速率應用，因此 NB-IoT 設備功耗可以做到非常小，設備續(xù)航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。

低成本

NB-IoT 是基于 LTE 網絡的技術，所以在現網 LTE 網絡的基礎上進行改造，就可以很快組網，很快擴大覆蓋。目前各大運營商仍在大力推動 LTE 網絡建設，也有利于 NB-IoT 的覆蓋改善。

強連接

在同一基站的情況下，NB-IoT 可以比現有無線技術提供 50-100 倍的接入數。一個扇區(qū)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(yōu)化的網絡架構。

廣覆蓋

NB-IoT 室內覆蓋能力強，比 LTE 提升 20dB 增益，相當于提升了 100 倍覆蓋區(qū)域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區(qū)、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

NB-IoT 發(fā)展現狀

從市場數據來看，2017 年華為海思推出 Boudica120 國內第一顆 NB-IoT 芯片至今，累積出貨 2000 萬顆，而其他國內 NB-IoT 芯片廠家總出貨量不超過 1000 萬顆。

從發(fā)展現狀來看，截至今年 5 月底，全球已有 84 張 NB-IoT 網絡商用（GSMA），全球模組種類已超過 100 種，成為全球應用最廣的物聯網技術之一。國內 NB-IoT 用戶數已經達到 3000 萬。同時，國內的消費級物聯網硬件銷售額預計在 2022 年超過 3000 億美元，年復合增長率超過 20%。

NB-IoT 市場仍然格局未定，產業(yè)鏈上下游廠商都想抓住這個市場機會，分得 NB-IoT 市場一杯羹。

但 NB-IoT 依舊面臨著性能指標夸大、網絡覆蓋不佳、商業(yè)模式存在問題、心態(tài)浮躁等諸多問題和挑戰(zhàn)，是 NB-IoT 市場擴展受阻的主要原因。

為了進一步推動 NB-IoT 的發(fā)展進程，國內運營商都在大力部署 NB-IoT 基站，2019 年，我國預計將建成 90 萬個 NB-IoT 基站、到 2020 年將建成超過 150 萬個 NB-IoT 基站、到 2025 年 NB-IoT 基站規(guī)模將達到 300 萬。

此外，國外眾多運營商也紛紛支持 NB-IoT，Vodafone、德國電信、軟銀等幾十家運營商均已經部署了 NB-IoT 商用網絡，美國 T-Mobile 也已經宣布商用了 NB-IoT，全球運營商的創(chuàng)新先鋒 AT&T 和 Verizon，也積極進行 NB-IoT 的商用試點。

對于 NB-IoT 的未來走向，可以預見 NB-IoT 還會與現有網絡共存共生。當產業(yè)走到萬物互聯的 5G 時代，NB-IoT 也將迎來了新的發(fā)展機遇。

LoRa

LoRa 的名字是遠距離無線電（Long Range Radio），作為一種線性調頻擴頻的調制技術，最早由法國幾位年輕人創(chuàng)立的一家創(chuàng)業(yè)公司 Cycleo 推出，2012 年 Semtech 收購了這家公司，并將這一調制技術封裝到芯片中，基于 LoRa 技術開發(fā)出一整套 LoRa 通信芯片解決方案，包括用于網關和終端上不同款的 LoRa 芯片，開啟了 LoRa 芯片產品化之路。

不過，僅僅一個基于 LoRa 調制技術的收發(fā)芯片還遠不足以撬動廣闊的物聯網市場，在此后的發(fā)展歷程中，由于多家廠商發(fā)起的 LoRa 聯盟，以及推出不斷迭代的 LoRaWAN 規(guī)范，催生出一個全球數百家廠商支持的廣域組網標準體系，從而形成廣泛的產業(yè)生態(tài)。

推動這一生態(tài)的相關技術標準、產品設計、應用案例等都是多個廠商共同參與的過程，這些也是形成目前龐大產業(yè)生態(tài)更為關鍵的元素，而它們并不屬于 Semtech 單個公司所有，比如 LoRaWAN 規(guī)范是一個全球多個廠商共同參與的開放標準，任何組織或個人都可以根據這一規(guī)范進行產品開發(fā)和網絡部署。

相較于大多數的網絡采用網狀拓樸，易于不斷擴張網絡規(guī)模，但缺點在于使用各種不相關的節(jié)點轉發(fā)消息，路由迂回，增加了系統(tǒng)復雜性和總功耗。LoRa 采用星狀拓樸（TMD 組網方式），網關星狀連接終端節(jié)點，但終端節(jié)點并不綁定唯一網關，相反，終端節(jié)點的上行數據可發(fā)送給多個網關。理論上來說，用戶可以通過 Mesh、點對點或者星形的網絡協(xié)議和架構實現靈活組網。
LoRa 網絡構架

LoRa 主要在全球免費頻段運行（即非授權頻段），包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 網絡構架由終端節(jié)點、網關、網絡服務器和應用服務器四部分組成，應用數據可雙向傳輸。

LoRa 是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調制， 相較于傳統(tǒng)的 FSK 技術以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術，LoRa 基于 CSS 調制技術（Chirp Spread Spectrum）在保持低功耗的同時極大地增加了通訊范圍，且 CSS 技術數十年已經廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。
此外，LoRa 技術不需要建設基站，一個網關便可控制較多設備，并且布網方式較為靈活，可大幅度降低建設成本。

LoRa 因其功耗低，傳輸距離遠，組網靈活等諸多特性與物聯網碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合，因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農業(yè)、智能物流等多個垂直行業(yè)，前景廣闊。

LoRa 的特點

• 傳輸距離：城鎮(zhèn)可達 2-5 Km ， 郊區(qū)可達 15 Km 。
• 工作頻率：ISM 頻段 包括 433、868、915 MH 等。
• 標準：IEEE 802.15.4g。
• 調制方式：基于擴頻技術，線性調制擴頻（CSS）的一個變種，具有前向糾錯（FEC）能力，semtech 公司私有專利技術。
• 容量：一個 LoRa 網關可以連接上千上萬個 LoRa 節(jié)點。
• 電池壽命：長達 10 年。
• 安全：AES128 加密。
• 傳輸速率：幾百到幾十 Kbps，速率越低傳輸距離越長，這很像一個人挑東西，挑的多走不太遠，少了可以走遠。

LoRa 發(fā)展現狀
大約從 2014 年起，國內首批企業(yè)開始研發(fā) LoRa 相關產品，至今經過 5 年的時間，LoRa 已經從一個小范圍使用的小無線技術成長為物聯網領域無人不曉的事實標準。

近年來，科技巨頭紛紛入局 LoRa、加入 LoRa 聯盟，可以看出各企業(yè)都希望借助 LoRa 這個切入點來確立自身在物聯網和產業(yè)互聯網領域的地位。阿里和騰訊兩大互聯網巨頭將 LoRa 作為其物聯網布局的重要入口，主推的 LinkWAN 平臺和 TTN 平臺對于產業(yè)鏈上下游的帶動作用非常明顯。另外，鐵塔、聯通以及廣電等群體也開始針對 LoRa 產業(yè)進行布局，進一步促進其在各行業(yè)應用的落地。

從目前的市場結構看，國內已有上千家企業(yè)參與到 LoRa 產業(yè)生態(tài)中，呈現出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯網企業(yè)共同參與的格局。國內提供給 LoRa 發(fā)展的產業(yè)大環(huán)境不斷向好，LoRa 聯盟自身力量也在不斷壯大。

據資料了解，2018 年國內 LoRa 芯片出貨量達到數千萬片，其中，模組和表計廠商占據大部分采購份額，基站廠商采購量位居其次。除此之外，國內還有大量分散的模組、終端廠商也會直接采購 LoRa 芯片，雖然都是小批量，但加起來規(guī)模還算可觀。

對于大部分模組、終端、系統(tǒng)和應用廠商來說，它們對于各種技術是中立的，選擇何種技術路線大部分是一種純市場化行為。LoRa 芯片是支持整個產業(yè)的重要底層元器件，但整個產業(yè)結構的形成還要靠多種力量共同努力，這種力量在國內已經形成。LoRa 相關產品靈活性較強已成業(yè)界共識，不僅僅在于能夠在各種環(huán)境下自主部署網絡，還在于各類開發(fā)者能夠選擇多個平臺，快速得到開發(fā)支持。

近一年來，LoRa 在智慧城市、智能園區(qū)、智慧建筑、智慧安防等垂直領域也有了大量落地的行業(yè)應用。Semtech 物聯網業(yè)務總監(jiān) Vivek Mohan 曾表示，目前全球大量的垂直行業(yè)中已形成 300 多個應用場景。

LoRa 技術是 Semtech 公司的專利，其 LoRa 芯片產品期初也是獨家供應，但單一的 LoRa 產品必然會帶來產品價格、功能等方面的局限性。

2018 年 Semtech 開始改變傳統(tǒng)的產品營銷模式，授權 IP 給一些公司做 LoRa 產品，形成了多供應商的市場供應局面，LoRa 芯片供應廠家通過走差異化路線，融合不同功能的芯片，滿足更多差異化應用的需求，如 LoRa＋GPS 獲取位置信息，LoRa＋BLE 與本地近場設備連接通信，LoRa＋安全芯片增強設備的安全性等，來共同做大市場。

未來，或許會有更多的 LoRa 芯片供應商，市場做大也符合 Semtech 公司的利益。

可以看到，不論從技術、供應鏈體系、產業(yè)結構還是生態(tài)建設，LoRa 依然是一個市場化行為為主導的技術選項，大國之間政治經濟博弈對于 LoRa 供求各方產生的影響很小。采用 LoRa 通信的物聯網項目中包含非常多的技術和元素，很多價值遠遠超過通信本身，未來發(fā)展中，業(yè)界應該更多聚焦于應用價值的創(chuàng)造，聚焦于市場化行為和商業(yè)模式，以求在物聯網時代贏得先機。

WiFi

WiFi 大家都比較熟悉，俗稱無線寬帶網，以更快，更大容量的通信而聞名，可以使用 2.4 GHz 和 5 GHz 頻帶在 50 m 范圍內進行傳輸，是一種允許電子設備連接到一個無線局域網 WLAN 的技術。

WiFi 通過 IEEE 802.11 標準系列提供易于使用的短距離無線連接和跨廠商互操作性。伴隨著三大運營商大規(guī)模建設基于 WiFi 技術的無線城市，其物聯網應用架構已然形成。由于在現有基礎設施中普遍存在，其受歡迎程度不斷提高。

WiFi 是無線局域網（WLAN）的一個標準，最早的無線局域網可以追溯到上個世紀 70 年代，基于 ALOHA 協(xié)議的 UHF 無線網絡連接了夏威夷島，是現在無線局域網的一個最初版本。隨后的 1985 年美國聯邦通信委員會制定了現在廣泛使用的免費 WiFi 頻段，和微波爐頻率相同。1991 年 NCR 公司和 AT&T 公司發(fā)明了現在廣泛使用 WiFi 的標準的 802.11 的前身，用在收銀系統(tǒng)，名字為 WaveLAN。澳大利亞的天文學家 John O’sullivan 和他的同事開發(fā)了 WiFi 技術的關鍵專利，起初使用在 CSIRO (公共健康科學和工業(yè)研究組織)的項目上。1997 年發(fā)布了基于 802.11 協(xié)議的第一個版本，提供 2Mbit/s 速率，在 1999 年提高到 11Mbit/s，使用價值大大提高，隨后 WiFi 得以快速發(fā)展。

WiFi 定義了 MAC 層協(xié)議和安全性,但未定義設備的應用對象和通信方式，這意味著所有制造商都可以定義自己的應用層協(xié)議，因此難以形成統(tǒng)一的標準，這限制了 WiFi 在互聯家居設備對設備市場的應用。

WiFi 還設定了網絡的中央接入點模型,即如果該接入點不工作,網絡則會停止運行。相對于其他協(xié)議，WiFi 的功耗較高,因此盡管適用于供電設備,但它在電池供電極為關鍵的應用中效果并不理想。

此外，WiFi 還存在著擴展性方面的問題。例如,某些路由器的配置最多僅支持 15 臺設備,而互聯家居預計接近 100 臺設備。另一個問題是各類數據源導致的 WiFi 網絡競爭。

WiFi 組網結構
WiFi 有兩種組網結構：一對多（Infrastructure 模式）和點對點（Ad-hoc 模式，也叫 IBSS 模式）。我們最常用的 WiFi 是一對多結構的，一個 AP（接入點），多個接入設備，我們用的無線路由器是其實就是路由器+AP。WiFi 還可以點對點結構，比如兩個筆記本可以用 WiFi 直接連接起來不經過無線路由器。

1 對多模式

點對點模式

WiFi 的安全性

常用的 WiFi 加密有 WEP，WPA，WPA2。WEP 安全性太差基本上被淘汰了。目前 WPA2 是被業(yè)界認為最安全的加密方式。WPA 加密是 WEP 加密的改進版，包含兩種方式：預共享密鑰（PSK）和 Radius 密鑰。其中預共享密鑰（PSK）有兩種密碼方式：TKIP 和 AES，相比 TKIP，AES 具有更好的安全系數。WPA2 加密是 WPA 加密的升級版，建議優(yōu)先選用 WPA2-PSK AES 模式。WPA/WPA2 加 Radius 密鑰是一種最安全的加密類型，不過由于此加密類型需要安裝 Radius 服務器，一般用戶不容易用到。

WiFi 技術在物聯網中廣泛應用于電力監(jiān)控、油田監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、氣象監(jiān)測、水利監(jiān)測、熱網監(jiān)測、電表監(jiān)測、機房監(jiān)控、車輛誘導、供水監(jiān)控，帶串口或 485 接口的 PLC，RTU 無線功能的擴展。

基于 WiFi 的物聯網傳輸技術具有以下優(yōu)勢：

• 成本低廉：相對于有線安裝、維護、故障診斷和升級配線的成本
• 活性高：沒有電纜的約束，設備可任意架設和調整
• 低功耗：采用低耗能設計，可應用于電池供電的產品中
• 可靠性高：在有線網絡中大部分的故障是由連接器引起的，而無線系統(tǒng)則排除了這樣的可能。并可滿足在艱苦工業(yè)環(huán)境所要求的持久性和可靠性。
• 安全性：具有多種加密方式，保證數據傳輸私密性。
• 施工周期短：WiFi 組網方式，可以通過節(jié)點的自組織和自配置功能迅速搭建成有效的通信網絡。

藍牙

藍牙是一種大容量，近距離無線數字通信技術標準，設計初衷是替代 RS232 電纜連接計算機外設。藍牙技術最早始于 1994，由電信巨頭愛立信公司研發(fā)，是在兩個設備間進行無線短距離通信的最簡單、最便捷的方法，可實現固定設備、移動設備和樓宇個人域網之間的短距離數據交換。藍牙還添加了 AFH（Adaptive Frequency-Hopping）技術，自適應跳頻，以在有 WiFi 信號的情況下避開 WiFi 的頻率，提高抗干擾能力。
藍牙通信頻段主要為 2.402GHz~2.480GHz。藍牙技術被廣泛地用于手機、PDA 等移動設備，PC、GPS 設備，以及大量的無線外圍設備（藍牙耳機、藍牙鍵盤等）。

藍牙跳頻示意圖

從 1998 年到 2009 年，藍牙版本經過了 1.0 到 3.0 的版本迭代后，雖然數據傳輸速率上有提升，但仍牢牢定位于近距離無線數據傳輸平臺技術，在應用中牢牢占據著藍牙音箱和耳機，以及藍牙鼠標和鍵盤等領域。

2010 年藍牙發(fā)布 4.0 版本 BLE（Bluetooth Low Energy，即藍牙低功耗），針對物聯網的應用需求進一步簡化了藍牙技術，BLE 較傳統(tǒng)藍牙最大的特點就是低功耗，應用于對實時性要求較高，但對數據傳輸速率要求比較低的場景。通過 BLE，藍牙技術的演進方向開始直接對準物聯網。

2016 年藍牙發(fā)布 5.0 版本，藍牙 5 與藍牙 4.2 相比，提高的傳輸速率與傳輸距離，增強了抗空口干擾的能力，并提高了室內定位的精確度。

2019 年 1 月，藍牙 5.1 標準推出，在藍牙 5.0 的基礎上，新增多天線 /AOA/AOD 功能，增加了藍牙的定位能力，定位的精度大幅提升，由原先的 10 米級別提升至厘米級，這一定位精度可使其在室內導航、物體追蹤等大有可為。

藍牙技術的優(yōu)點：“低功耗藍牙”模式下實現了低功耗，覆蓋范圍增強，最大范圍可超過 100 米；支持復雜網絡：針對一對一連接最優(yōu)化，并支持星形拓撲的一對多連接等；智能連接：增加設置設備間連接頻率的支持，Ipv6 網絡支持；較高安全性：使用 AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和認證；藍牙模塊體積很小，便于集成；可以建立臨時性的對等連接（Ad-hoc Connection）：根據藍牙設備在網絡中的角色，可分為主設備（Master）與從設備（Slave）。

其缺點是不能直接連接云端，傳輸速度比較慢，組網能力比較弱，而且網絡節(jié)點少，不適合多點布控。

藍牙技術的出現是信息技術不斷進步的結果，現在我們處在全球物聯網快速發(fā)展的節(jié)點上，設備與設備，人與設備等都有時刻保持聯網的需求，藍牙技術為萬物互聯提供了一種非常高性價比的解決方案。倘若藍牙技術在物聯網領域的應用一旦鋪開，那么依靠其巨大的出貨量（低成本）與兼容性（連接手機），憑借其在產品生態(tài)系統(tǒng)上的優(yōu)勢，在不遠的未來應該有一席之地。

ZigBee

ZigBee 被正式提出來是在 2003 年，ZigBee 的出現是因為藍牙、WiFi 無法滿足工業(yè)需求，它的出現彌補了藍牙、WiFi 等通信協(xié)議高復雜、功耗大、距離近、組網規(guī)模太小等缺陷。名稱取自蜜蜂，蜜蜂(Bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在的方位信息，依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。

ZigBee 是短距離物聯網技術，用于連接 10-100 米范圍內的設備，不通過 LPWAN 直接接入網絡，需要通過集中器和網關接入。通過其網狀拓撲，Zigbee 設備可以通過中間設備在一定距離上傳輸數據，基于 IEEE 802.15.4 標準的 Zigbee 已成為嵌入式應用中使用最廣泛的通信協(xié)議之一，適用于家庭自動化，無線傳感器網絡，工業(yè)控制系統(tǒng)，嵌入式傳感器、醫(yī)療數據收集、煙霧及闖入者警告、樓宇自動化、遠程無線麥克風配置等場合。它不適合在高速率和高速移動的場合。

ZigBee 可工作在三個頻段 868MHz~868.6MHz、902MHz~928MHz 和 2.4GHz~2.4835GHz，其中最后一個頻段世界范圍內通用，16 個信道，為免付費、免申請的無線電頻段。三個頻段傳輸速率分別為 20kbps、40kbps 以及 250kbps。

ZigBee 優(yōu)缺點

ZigBee 是低成本、低功耗、低功率的短距離無線通信標準，是專為低速率傳感器和控制網絡而設計的無線網絡規(guī)范，特點如下：

低功耗：由于 ZigBee 的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為 1mW，而且采用了休眠模式，因此 ZigBee 設備非常省電。據估算，ZigBee 設備僅靠兩節(jié) 5 號電池就可以維持長達 6 個月到 2 年左右的使用時間，其他無線設備望塵莫及。

成本低：ZigBee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計很快就能降到 1.5~2.5 美元, 并且 ZigBee 協(xié)議免專利費。

復雜性低：ZigBee 協(xié)議的大小一般在 4~32KB，而藍牙和 WiFi 一般都超過 100KB。

時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延非常短，典型的搜索設備時延為 30ms，休眠激活的時延是 15ms, 活動設備信道接入的時延為 15ms。因此 ZigBee 技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。

網絡容量大：一個星型結構的 ZigBee 網絡最多可以容納 254 個從設備和一個主設備， 一個區(qū)域內最多可以同時存在 100 個 ZigBee 網絡, 一個網絡中最多可以有 65000 個節(jié)點連接，網絡組成靈活。

可靠：采取了碰撞避免策略，為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避開了發(fā)送數據的競爭和沖突。MAC 層采用完全確認的數據傳輸模式， 每個發(fā)送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發(fā)。

安全：ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用 AES-128 的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

此外，ZigBee 也有缺點：即抗干擾性差，通信距離短，而且 ZigBee 協(xié)議沒有開源。

設備類型和操作模式

zigbee 有三種設備類型

ZC: Zigbee 協(xié)調器，功能最強的設備，協(xié)調器構成網絡樹的根，可以連接到其他網絡。每個網絡中只有一個 Zigbee 協(xié)調器，因為它是最初啟動網絡的設備。它存儲有關網絡的信息，包括充當安全密鑰的信任中心和存儲庫；

ZR：Zigbee 路由器，除了運行應用程序功能外，路由器還可以充當中間路由器，傳遞來自其他設備的數據；

ZED：Zigbee 終端設備，只包含與父節(jié)點(協(xié)調器或路由器)通信的足夠功能;它不能從其他設備中繼數據。這種關系允許節(jié)點在相當長的時間內處于休眠狀態(tài)，從而延長電池壽命。ZED 需要最少的內存，因此，它的制造成本比 ZR 或 ZC 要低。

當前的 zigbee 網絡里有兩種模式，帶信標（beacon）的和不帶信標的（non-beacon），在信標不啟用的網絡中，使用不帶時隙的 CSMA / CA 信道訪問機制。在這種類型的網絡中，Zigbee 的路由器和接收端不能休眠，導致耗電量大。

在啟用信標的網絡中，Zigbee 路由器節(jié)點發(fā)送周期性信標，zigbee 的接收節(jié)點將定時的喚醒。節(jié)點在兩個信標之間時間內睡眠，從而降低其占空比并延長其電池壽命。信標間隔取決于數據速率，它們在 250 kbit / s 時可以從 15.36 毫秒到 251.65824 秒， 在 40 kbit / s 時從 24 毫秒到 393.216 秒，在 20 kbit / s 時從 48 毫秒到 786.432 秒。

eMTC

LTE-M，即 LTE-Machine-to-Machine，是基于 LTE 演進的物聯網技術，在 R12 中叫 Low-Cost MTC，在 R13 中被稱為 LTE enhanced MTC ，即 eMTC，為了更加適合物與物之間的通信，也為了更低的成本，對 LTE 協(xié)議進行了裁剪和優(yōu)化，旨在基于現有的 LTE 載波滿足物聯網設備需求。

eMTC 基于蜂窩網進行部署，支持上下行最大 1Mbps 的峰值速率，屬于物聯網中速率，速率比 NB-IoT 快三倍。設備通過支持 1.4MHz 的射頻和基帶帶寬，可直接接入現有的 LTE 網絡。eMTC 的關鍵能力在于速率高、可移動、可定位以及支持語音，成本只有 Cat1 芯片的 25%，相比于 GPRS 速率要高四倍。

eMTC 的特性窄帶 LTE 其中最主要的幾個特性。第一，系統(tǒng)復雜性大幅度降低，復雜程度及成本得到了極大的優(yōu)化；第二，功耗極度降低，電池續(xù)航時間大幅度增強；第三，網絡的覆蓋能力大大加強；第四，網絡覆蓋的密度增強。

eMTC 具備 LPWA 基本的四大能力：一是廣覆蓋，在同樣的頻段下，eMTC 比現有的網絡增益 15dB，極大地提升了 LTE 網絡的深度覆蓋能力；二是具備支撐海量連接的能力，eMTC 一個扇區(qū)能夠支持近 10 萬個連接；三是更低功耗，eMTC 終端模塊的待機時間可長達 10 年；四是更低的模塊成本，大規(guī)模的連接將會帶來模組芯片成本的快速下降，eMTC 芯片目標成本在 1～2 美金左右。

eMTC 的應用

eMTC 在智能物流上，具有防盜、防調換、實時溫度傳感和可定位優(yōu)勢，能夠實時監(jiān)控及定位，將信息記錄及上傳，可以對行駛軌跡查詢，eMTC 技術監(jiān)控設備支持語音，對于監(jiān)控更加到位。

在智能可穿戴設備中，可支持健康監(jiān)測、視頻業(yè)務、數據回傳和定位，可解決嬰幼兒和老人等社會重點保護對象的安全問題。

eMTC 技術應用到車載車輛管理。因為 eMTC 可移動性以及支持語音，對于車輛管理跟蹤定位有很大作用。如果醫(yī)院 120 車輛管理進行 eMTC 技術應用更新，醫(yī)院根據呼叫者電話打入的信號位置確定病人位置，120 司機根據位置，直接導航到目的地，可以節(jié)約寶貴的搶救時間。

eMTC 也可以以屏幕為抓手，應用到智能充電樁、候機寶、電梯衛(wèi)士、智能公交站牌、公共自行車管理等方面。

SigFox

SigFox 成立于 2009 年，是一家總部位于法國 Labège 的法國公司。SigFox 是為打造物聯網的無線網絡而生的，其優(yōu)勢在于沒有傳統(tǒng)無線網絡的包袱，針對物聯網的特點，壓縮成本、廣泛覆蓋及提升速率，多適用海外智能制造等場景。

SigFox 在歐洲的推廣非常成功，SigFox 在全球范圍內有自己的基站，目前在全球接近 60 個國家 / 地區(qū)開通了網絡。包括除了俄羅斯以外的歐洲主要 25 個國家，其中西歐很多國家實現了全覆蓋。另外在北美和中國也有覆蓋。拉美則是 SigFox 網絡覆蓋最好的區(qū)域。此外，有數據顯示 SigFox 在巴西的覆蓋率遠遠領先其他 LPWAN 技術。SigFox 擁有一個龐大的供應商生態(tài)系統(tǒng)，包括德州儀器、Silicon Labs 和 Axom 等。

SigFox 使用專有技術，使用較低的調制速率來實現更長的傳輸范圍，SigFox 工作在 868MHz 和 902MHz 的 ISM 頻段，消耗很窄的帶寬或功耗。SigFox 無線電設備采用一種被稱為超窄帶(UNB)調制的技術，偶爾以低數據速率傳送短消息，由于是窄帶寬和短消息，因此對于僅需發(fā)送較小的不頻繁數據的突發(fā)應用，SigFox 是絕佳選擇。當然，SigFox 也有一些缺點，將數據發(fā)回傳感器、設備（下行能力）受到嚴重限制，信號干擾可能成為問題。

SigFox 網絡性能特征如下：

• 每天每設備 140 條消息
• 每條消息 12 個字節(jié)（96 位）
• 無線吞吐量達 100 位 / 秒

SigFox 應用領域

SigFox 網絡和技術主要應用于低成本的 M2M/IoT 領域，需要廣域網絡的覆蓋，有大量的應用需要這種低成本的無線通信技術，SigFox 網絡可應用的領域包括：

• 家庭和消費品
• 能源相關的通信 - 尤其是智能電表
• 健康 - 尤其是正在發(fā)展中的移動醫(yī)療應用
• 交通 - 這可包括汽車管理
• 遠程監(jiān)控和控制
• 零售，包括銷售點、貨價更新等
• 安全

結語

從演進方向上來看，目前物聯網接入技術朝著低功率、廣覆蓋的方向發(fā)展的趨勢日益明顯。

首先對于傳統(tǒng)的蜂窩網絡技術，在 5G 的標準中，已經明確地將海量物聯接入作為 5G 未來業(yè)務的重要方向之一，并 3GPP 已經把當下比較熱的 NB-IoT 和 eMTC 技術定為了 5G 的技術之一。其次，在傳統(tǒng)的短距連接方面，也在優(yōu)化協(xié)議和技術結構，以滿足低功耗大連接的需求，典型的就是 802.11ah。最后，有一個現象值得注意的是，一些非授權頻譜廣域技術，包括 LoRa 和 SigFox 等迅速崛起。在歐洲一些運營商的扶持和推動下，目前 LoRa 和 SigFox 在全球的產業(yè)推進進程以及商用化部署方面已經超前于 NB-IoT。當時歐洲運營商押寶于這些技術，也是為了快速搶占低功耗廣覆蓋的物聯網業(yè)務連接需求。

在中國，在產業(yè)的推進以及政府政策的鼓勵下，三大運營商均在積極推進 LPWA 技術的應用，包括 NB-IoT 的商用以及 eMTC 的試點應用。此外，科技巨頭紛紛入局 LoRa，呈現出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯網企業(yè)共同參與的格局。國內提供給 LoRa 發(fā)展的產業(yè)大環(huán)境不斷向好，LoRa 聯盟自身力量也在不斷壯大。

但是由于物聯網業(yè)務的多樣性，因此對網絡的需求差異較大。在大多數場景下，物聯網作為一個多樣化的市場，沒有任何一個技術可以解決所有問題，各種方案實施者和產品設計者要基于帶寬、覆蓋范圍、網絡容量、可靠性、電池壽命、成本、交互頻率和擴展性等標準之間找到一個平衡來形成決策。

在未來，或許沒有一種通信技術能夠一統(tǒng)天下，各協(xié)議之間更多的是“互補效應”，而非“替代效應”。

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