物联网无线技术LoRa、Wi-Fi、ZigBee、NB-IoT、蓝牙5.0技术盘点

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位，重要性不言而喻。值得注意的是，目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商，掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种，一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司；二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商，包括微芯 科技 （Microchip）等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例，最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而，它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段，传输距离长达100米，具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s，而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac，速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah，在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段， 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围，但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM，它在1MHz信道中使用24个子载波，在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM，因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露，它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s，不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段，但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中，支持多达254个节点。与其它技术一样，安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术，理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线，但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑，在不借助电缆的情况下联网，并传输资料和讯息，目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品，且能带来更高速、更远传输距离的优势。

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在物联网时代，“蓝牙 Mesh”与 WI-FI 谁更具优势
2017年09月15日 15:47来源 : 升润科技
内容概要：
1 蓝牙 Mesh与 Wi-Fi传输范围对比。
2 蓝牙 Mesh网状网络能否取代 wifi。
3 而“蓝牙 Mesh”找到一个聪明的解决办法。
物联网一直是一个热门话题，一个重要原因应该是人们对智能家居的向往。不过随着现在科技的发展，人们对智能家居的要求已经不是仅停留在控制一两个物体的简单层面了，而是想把智能触角延伸到每个角落。过去这种智能延伸我们可能更多靠的是 wifi，但在2017年7月19日SIG宣布“蓝牙 Mesh”网络的到来，这让物联网的连接与应用情境变得更多元。
蓝牙与Wi-Fi优势对比
蓝牙有更低的功耗、小体积、低成本，适用于几台设备之间的短距离数据传输；Wi-Fi的特点是高带宽、长距离、更多的连接设备数目，适用于大规模、大范围的数据传输和信号覆盖。但随着物联网的普及，蓝牙与Wi-Fi相继升级，蓝牙升级到5版本，提高了带宽和传输范围；Wi-Fi推“Wi-Fi HaLow”，降低功耗延长电池续航。可以看出，这两者重点升级的方向都是对方所擅长的，也意味着它们将在消费级和企业级的物联网市场正面竞争。
蓝牙 Mesh与 Wi-Fi传输范围对比
Wi-Fi 的一大缺陷就是有距离限制，就是说一旦离开这个区域，你的设备就失去用武之地。除此之外，Wi-Fi 还有耗电问题，就手机而言，算是把屏幕关闭，耗电量也非常大。
而“蓝牙 Mesh”找到一个聪明的解决办法。这些装置彼此间连接，并将信号传递给附近另一个装置，形成元数据传输的互连装置网络或网格。这意味着讯息从一个装置传递到另一个装置，再到下一个装置，可以实现接力传输，理论上可以无限覆盖。同时，值得一说的是蓝牙 Mesh 网络不需复杂设定、配对或使用路由器等存取装置，因此并不会造成安装负担，反观采用其他智能家庭联网技术如：ZigBee、Z-wave 或其他厂商间自有的通讯技术，多需加装网关（Gateway）才能确保各种装置之间的沟通。

1、专业术语

AP（Access Point）： 无线接入点，是一个无线网络的创建者，是网络的中心节点。简单来讲就像是无线路由器一样，设备打开后进入AP模式，在手机的网络列表里面，可以搜索到类似TPLink_XXX的名字。

STA（Station）： 任何一个接入无线的设备都可以成为一个站点，也就是平时接入路由器的设备。

SSID（Service Set Identifer）： 每个无线AP都应该有一个标示用于用户识别，SSID就是这个用于用户标识的名字，也就是我们经常说到的wifi名。

BSSID（Service Set Identifer）： 每一个网络设备都有其用于识别的物理地址，称作MAC地址，一般情况下出厂会有一个默认值，可更改，也有其固定的命名格式，也是设备识别的标识符。BSSID是针对设备说的，对于STA的设备来说，拿到AP接入点的 MAC地址 就是这个BSSID

ESSID（Service Set Identifer）： 是一个比较抽象的概念，它实际上就和SSID相同（本质也是一串字符），只是能如果有好几个无线路由器都叫这个名字，那么我们就相当于把这个SSID扩大了，所以这几个无线路由器共同的这个名字就叫ESSID。

举个例子，如果在一台路由器上释放的WiFi信号叫某个名字如"Feng"，这个名字“Feng”就成为SSID；如果在好几个路由器上都释放了这个WIFI信号，那么大家都叫“Feng”，这个时候大家都遵循的这个名字就是ESSID。

总结一下：

BSSID就是具体的某个连锁店编号或地址

SSID就是连锁店的名字或照片

ESSID就是连锁店的总公司或招牌或品牌

然后一般SSID和ESSID都是相同的

2、配网两大技术

物联网时代技术开始规模化服务民众，方便快捷显得尤为重要，WIFI直连便是一个典型案例。目前主流的WIFI配置模式有以下两种：

21、AP配网

设备热点配网，智能硬件处于AP模式（类似路由器，组成局域网），手机用于STA模式

手机连接到处于AP模式的智能硬件后组成局域网，手机发送需要连接路由的ssid和pwd以及自定义的一些信息至智能硬件，智能硬件接收后，找到对应的路由器主动去连接路由器，完成配网。

22、一键（smartConfig）配网

又叫智能配网、快速配网、简单配网。智能硬件处于混杂模式下，监听网络中的所有报文，抓取空口包。手机APP按照一定的协议格式将ssid和pwd及自定义的一些信息编码，以UDP报文格式通过广播包或组播包发送，智能硬件接收到UDP报文后解码，得到正确的ssid和pwd及自定义信息，然后找到对应的路由器主动去连接路由器，完成配网。

23、优劣势对比

231、smartConfig

优势：

相对于AP配网， 简单易 *** 作 ，更加贴近市场

相对于AP配网， 能明确的知道硬件设备端是否连接了路由器 。可以通过设备端连接路由器后告知APP端已经连接路由器你可以停止发送广播包了。

劣势：

smartConfig需要路由器的参与，需要考虑到 路由器的兼容性 问题，所以配网成功率有所限制，比如路由器的信道，bgn模式（速率）、品牌、以及24G/5G、24G/5G同名路由器、同一场景下多个wifi同名等等的一系列兼容性问题。因为不管是组播还是广播方式，都是一种UDP报文，需要靠路由器转发，设备端监听空口包。

232、AP配网

优势：

AP配网是局域网直连模式，这种配网没你有路由器参与，所以没有路由器兼容性问题，所以 配网成功率相比一键配网要高 ，目前国内智能设备生态链做的最好的企业也是一直沿用AP配网方式，配网成功率相对市场同类产品要高一些。

劣势：

AP配网 相对复杂，需要涉及到手机的兼容性、还需要手动切换WIFI ，如需要手机先连接上设备的AP热点，用户需要先进入WIFI列表页面然后手动切换到设备的AP热点，连接成功 *** 作上云有需要切换到路由器的热点，有的手机也不能自动切换热点，比如苹果iOS110系统以下的手机，无法自动切换热点，需要用户进入WIFI列表页面，选择新热点。过于复杂，这是设备热点配网没有普及的原因之一，因为没有一键配网方便

AP配网是局域网模式，所以 无法判断是否连上路由器 ，需要借助设备上云来判断。

3、配网流程

31、一键配网实现过程

此处大致介绍一下流程，当然实际为增加成功率考虑到安全性或者业务不同，肯定比这复杂丰富的多。比如为了安全性，会对定义的UDP广播协议采用自定义的一种安全性定义，增加校验增加加密等。比如为了增加成功率会才有一定的优化策略等等。

详细可参考：

微信wifi airkiss一键配网 Demo和关键点

自定义组播配网 待更新

Step1：初始化硬件设备，使设备进入混杂模式；

Step2：手机连接路由器WIFI（获取路由器名称);

Step3：获取WIFI信息，WiFi 名字和密码； iOS 获取系统wifi列表方法

android可以直接获取到所有路由器WIFI 信息，没必要连接要发送的WIFI，所以可以直接使用输入；但iOS90之前没有接口获取WiFi List，iOS90有获取WiFi List的接口，但是需要苹果授权，需要申请比较复杂。所以现在市面上比较通用的方法还是直接获取当前连接的wifi

Step4：通过组播或广播方式发送WiFi的ssid和pwd或其他的信息比如bssis,userData等

此处一般会APP和设备端会定义一套完成的UDP报文协议协议数据除了WiFi的ssid和pwd，一般会增加一些用户的其他信息UDP报文协议为了安全考虑，一般会想办法增加一些复杂度，也会增加加密方法目前报文协议大致就两种：长度编码和MAC地址编码比如微信的airkiss就是通过长度编码的广播方式

Step4：设备端通过广播方式回发设备端相关信息，比如设备id,token

手机端能接收到设备端回发的信息，说明手机端发送的WIFI信息是正确的且设备端已连接上路由器

Step5：查询设备上云状态，注册用户

32、AP配网实现过程

此处大致介绍一下流程，当然实际为增加成功率考虑到安全性或者业务不同，肯定比这复杂丰富的多，比如传输ssid和pasword，有的厂商使用>