常用无线传输技术简介
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物联网常用无线传输技术介绍
智能分析系统部 2018.4
1. 物联网是什么？
（IOT：Internet of things：）是新一代信息 技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要 发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联 网。
• 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府 工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、 环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照 明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花 卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜 集等多个领域。
2.2 Bluetooth---常用profile
分类 Profile
A2DP HFP BR/EDR OPP Profile AVRCP PBAP
全称
Advanced Audio Distribution Profile Hands-free Profile Object Push Profile Audio/VideoRemote Control Profile PhonebookAccess Profile
3.1 LoRa---网络架构
LoRa网络主要由终端（内置LoRa模块）、网关（或称基站）、网络服务器以及应用服务器组成。 应用数据可双向传输。
LoRa网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继， 连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均 是双向通信。
2.4 近距离通信技术比较
3 广域网无线通信技术
物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、 大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也 快速兴起。 NB-IoT和LoRa是LPWAN最具有代表性的两种无线通信技术，具有不同的技术和商业特 性，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接 多、速率低、成本低、功耗少等特点，都适合低功耗物联网应用，都在积极扩建自己的生态 系统。 LoRa与NB-IoT是最有发展前景的两个低功耗广域网
2.2 Bluetooth---版本演进
5. 0
2016. 6. 16
相比4.0，2倍的速率提升，4倍的覆盖，8倍的广播信息
2.2 Bluetooth---频带
BR/EDR:
共79个数据信道，频道间隔1M，其中32个广播信道。
BLE:
共40个数据信道，频道间隔2M，其中3个广播信道。
2.2 Bluetooth---常用profile
Zigbee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树形、Mesh网状型，可以根据实际项 目需要选择合适的网络结构。 Mesh网状拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来通信，网络覆 盖范围可明显增加，网络还具备自组织、自愈能力；
2.3 ZigBee---应用
ZigBee 已广泛应用于物 联网产业链中的M2M 行业，如智能电网、智 能交通、智能家居、金 融、移动POS 终端、供 应链自动化、工业自动 化、智能建筑、消防、 公共安全、环境保护、 气象、数字化医疗、遥 感勘测、农业、林业、 水务、煤矿、石化等领 域。
多个微微网如果存在重叠区域，就形成了 分散网，一个微微网的主设备，可以同时 充当另一个微微网的从设备
2.3 ZigBee---简介
• ZigBee 是建立在IEEE802.15.4标准之上，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低 成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间 进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
2.2 Bluetooth
：蓝牙（Bluetooth）是一种基于IEEE802.15.1无线技术标准，可实现 固定设 备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换，使用全球统 一开放的2.4G的ISM波段，致力于在10～100 m的空间内使所有支持该技术 的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行话音和数据通信。在智 能家居、穿戴产品等领域应用广泛。 经典蓝牙（BR/EDR） (1) BR（Basic Rate）： 1Mb/s (2) EDR（Enhanced Data Rate）： 3Mb/s 低功耗蓝牙(BLE: Bluetooth Low Energy ): < 20 Kb/s 双模蓝牙：同时具有经典蓝牙和BLE蓝牙的模块或设备
2.1 WiFi
WiFi（WireleSS Fidelity：无线高保真），实际上是制定802.11无线网络协议的组织，并非代表 无线网络。俗称无线宽带，是IEEE定义的一个无线网络通信 的工业标准。 WiFi其实是无线局域网（WLAN） 的其中一种非常重要的技术，因 为WLAN主流采用802.11协议， 所以大家通常以WiFi 来表示无线 网络。 ① ② ③ ④ 主要特性为： 速度快； 组网简单； 覆盖范围广； 可靠性高
• 每个AP组成一个BSS • 接入控制
• 认证与计费
• 数据转发 • AP要有一个SSID（Service Set ID），
需要设置工作信道、秘钥（如WAP） • AP模式：AP有线上行，无线下行
2.1 WiFi---自组网
Ad-Hoc（点对点）模式：
• 一组具有无线功能的设备之间为数据共
享而迅速建立起无线连接；
通信技术。不过两者之间到底有什么区别和不同？
谁又将更胜一筹占领LPWAN制高点呢？
3.1 LoRa---简介
LoRa （Long Range）是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司于 2013年发布的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。主要工作在全球各地 的ISM免费频段（即非授权频段），包括主要的433、470、868、915MHz等。 其最大特点是传输距离远、工作功耗低、组网节点多。 LoRa采用了高扩频因子，从而获得了较高的信 号增益。一般FSK的信噪比需要8dB，而LoRa 只需要-20dB。 其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界 其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接 收灵敏度改善了20db以上，体现在应用上就是 拥有5～8倍传输距离的提升。 另外LoRa还应用了前向纠错编码技术，在传输信息中加入冗余，有效抵抗多径衰落。 虽然牺牲了一些传输效率，但有效提高了传输可靠性。
Class C：该模式是常发常收模式，节点不 考虑功耗，随时可以接收网关下行数据，实 时性好，适合不考虑功耗或需要大量下行数 据控制的应用，比如智能路灯控制。
3.1 LoRa---关键特性和优势
目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa联盟年初的数据是有9个国家开始建网， 56个国家开始进行试点；截至目前最新公布的数据，已经有17个国家公开宣布建网计划，120多个城 市地区有正在运行的LoRa网络，如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等等国家，荷兰、瑞士、韩国 等更是部署或计划部署覆盖全国的LoRa网络。
Generic Attribute Profile
Find Me Profile Heart Rate Profile
通用属性协议
设备寻找 心率协议
BLE应用都基于GATT
蓝牙防丢器 蓝牙心率带
2.2 Bluetooth---组网方式
• 微微网（Pico网） • 分散网
微微网使用三个比特位给网内从设备进行 编号，每个设备编号不同，每个微微网最 多连接7个从设备。此外，在微微网中， 从设备只能与主设备进行通信，从设备之 间不能通信。
• 物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产 力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。
1. 物联网是什么？
2. 无线通信技术分类
一. 短距离无线通信技术 WiFi、Bluetooth、ZigBee、Z-Wave、RFID、NFC...... 物联网常用 无线通信技术 二. 广域网无线通信技术（LPWAN：low-power Wide-Area Network，低功耗广域网） LoRa、NB-IOT、Sigfox、eMTC .....
：定义了设备之间实现一种连接或应用的规则。简单理解为应用层或者连接
层协议。
：
（1）GAP（Generic Access Profile）：
该Profile保证不同的Bluetooth产品可以互相发现对方并建立连接，是其他蓝牙规范的基础。
（2）SDP（Service Discovery Profile）： 服务发现协议。蓝牙设备之间查询双方支持的profile或者服务。
2.3 ZigBee---协议模型
Z802.15.4定义了物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）层，ZigBee定义了网络层和 应用层规范。
2.3 ZigBee---组网方式
（1）协调器（ZC） ---每个ZigBee网络必须要有一个 ---初始化网络信息，存储网络信息 ---启动和控制网络，网络认证中心 （2）路由器（ZR） ---允许其他网络设备加入 ---多跳路由，扩展网络覆盖 ---动态路由，备份路由防止网络拥挤 （3）终端节点（ZED） ---采集数据，向路由节点传递数据
3.Байду номын сангаас NB-IoT
：基于蜂窝的窄带物联网（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。2015年9月， NB-IoT标准应运而生；NB-IOT协议 规范在2016年6月份的3GPP Release13版本冻结。 NB-IoT采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性性能，获取面 向LWPA物联网的承载能力。各运营商都已经重点投入NB-IoT网络的部署。
• Ad hoc模式网络是临时性的，无需依靠 任何基础设施的非标准网络； • 仅有两个及以上STA组成，网络中不存 在AP，没有严格的控制中心； • 各设备自发组网，设备之间是对等的； • 网络中所有的STA之间都可以直接通信， 不需要转发； • 当结点要与其覆盖范围之外的结点进行 通信时，需要中间结点的多跳转发； • 是一个动态的网络。网络结点可以随处 移动，也可以随时开机和关机，这些都 会使网络的拓扑结构随时发生变化
• 中国/欧洲/ETSI
2.412-2.472GHz(13信道)
2.412-2.484GHz(14信道）
2.1 WiFi---基础网
基于AP组建的无线网络：
• 必须有一个AP（Access Point：接入点） 负责接入站点 • 有多个STA（Station：站点）接入到AP • AP是网络的中心，可以管理网络的站点 • STA之间不能直接通信，数据都需要经 过AP的转发
用途
蓝牙音频传输协议 蓝牙通话免提协议 对象存储规范
典型应用场景
蓝牙音乐播放器播放远 端设备的音乐 蓝牙耳机接听或拨打电 话 手机间传输文件、图片
音频/视频远程控制规范 蓝牙耳机控制上/下一 首、音量、暂停、播放 电话号码簿访问协议 蓝牙耳机显示手机来电 号码
GATT
BLE Profile FMP HRP
3.1 LoRa---终端设备分类
Class A：节点按需主动上报数据，每一个 终端上行传输后会伴随着两个下行接收窗口， 平时休眠，只有在固定的窗口期才能接收网 关下行数据。Class A的优势是功耗极低。
Class B：ClassB模式是固定周期时间同步， 在固定周期内可以随机确定窗口期接收网关 下行数据，兼顾实时性和低功耗，特点是对 时间同步要求很高
2.1 WiFi---2.4G频段
• IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽 • 划分为14个子信道，每个子信道宽度为22MHz（20MHz有效带宽+2MHz保护带） • 相邻信道的中心频点间隔5MHz ，相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频 率重叠)，整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道 • 北美/FCC • 日本/ARIB 2.412-2.461GHz(11信道)
智能分析系统部 2018.4
1. 物联网是什么？
（IOT：Internet of things：）是新一代信息 技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要 发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联 网。
• 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府 工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、 环境监测、路灯照明管控、景观照明管控、楼宇照 明管控、广场照明管控、老人护理、个人健康、花 卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜 集等多个领域。
2.2 Bluetooth---常用profile
分类 Profile
A2DP HFP BR/EDR OPP Profile AVRCP PBAP
全称
Advanced Audio Distribution Profile Hands-free Profile Object Push Profile Audio/VideoRemote Control Profile PhonebookAccess Profile
3.1 LoRa---网络架构
LoRa网络主要由终端（内置LoRa模块）、网关（或称基站）、网络服务器以及应用服务器组成。 应用数据可双向传输。
LoRa网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继， 连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均 是双向通信。
2.4 近距离通信技术比较
3 广域网无线通信技术
物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、 大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也 快速兴起。 NB-IoT和LoRa是LPWAN最具有代表性的两种无线通信技术，具有不同的技术和商业特 性，也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接 多、速率低、成本低、功耗少等特点，都适合低功耗物联网应用，都在积极扩建自己的生态 系统。 LoRa与NB-IoT是最有发展前景的两个低功耗广域网
2.2 Bluetooth---版本演进
5. 0
2016. 6. 16
相比4.0，2倍的速率提升，4倍的覆盖，8倍的广播信息
2.2 Bluetooth---频带
BR/EDR:
共79个数据信道，频道间隔1M，其中32个广播信道。
BLE:
共40个数据信道，频道间隔2M，其中3个广播信道。
2.2 Bluetooth---常用profile
Zigbee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树形、Mesh网状型，可以根据实际项 目需要选择合适的网络结构。 Mesh网状拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来通信，网络覆 盖范围可明显增加，网络还具备自组织、自愈能力；
2.3 ZigBee---应用
ZigBee 已广泛应用于物 联网产业链中的M2M 行业，如智能电网、智 能交通、智能家居、金 融、移动POS 终端、供 应链自动化、工业自动 化、智能建筑、消防、 公共安全、环境保护、 气象、数字化医疗、遥 感勘测、农业、林业、 水务、煤矿、石化等领 域。
多个微微网如果存在重叠区域，就形成了 分散网，一个微微网的主设备，可以同时 充当另一个微微网的从设备
2.3 ZigBee---简介
• ZigBee 是建立在IEEE802.15.4标准之上，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低 成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间 进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
2.2 Bluetooth
：蓝牙（Bluetooth）是一种基于IEEE802.15.1无线技术标准，可实现 固定设 备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换，使用全球统 一开放的2.4G的ISM波段，致力于在10～100 m的空间内使所有支持该技术 的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行话音和数据通信。在智 能家居、穿戴产品等领域应用广泛。 经典蓝牙（BR/EDR） (1) BR（Basic Rate）： 1Mb/s (2) EDR（Enhanced Data Rate）： 3Mb/s 低功耗蓝牙(BLE: Bluetooth Low Energy ): < 20 Kb/s 双模蓝牙：同时具有经典蓝牙和BLE蓝牙的模块或设备
2.1 WiFi
WiFi（WireleSS Fidelity：无线高保真），实际上是制定802.11无线网络协议的组织，并非代表 无线网络。俗称无线宽带，是IEEE定义的一个无线网络通信 的工业标准。 WiFi其实是无线局域网（WLAN） 的其中一种非常重要的技术，因 为WLAN主流采用802.11协议， 所以大家通常以WiFi 来表示无线 网络。 ① ② ③ ④ 主要特性为： 速度快； 组网简单； 覆盖范围广； 可靠性高
• 每个AP组成一个BSS • 接入控制
• 认证与计费
• 数据转发 • AP要有一个SSID（Service Set ID），
需要设置工作信道、秘钥（如WAP） • AP模式：AP有线上行，无线下行
2.1 WiFi---自组网
Ad-Hoc（点对点）模式：
• 一组具有无线功能的设备之间为数据共
享而迅速建立起无线连接；
通信技术。不过两者之间到底有什么区别和不同？
谁又将更胜一筹占领LPWAN制高点呢？
3.1 LoRa---简介
LoRa （Long Range）是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司于 2013年发布的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。主要工作在全球各地 的ISM免费频段（即非授权频段），包括主要的433、470、868、915MHz等。 其最大特点是传输距离远、工作功耗低、组网节点多。 LoRa采用了高扩频因子，从而获得了较高的信 号增益。一般FSK的信噪比需要8dB，而LoRa 只需要-20dB。 其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界 其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接 收灵敏度改善了20db以上，体现在应用上就是 拥有5～8倍传输距离的提升。 另外LoRa还应用了前向纠错编码技术，在传输信息中加入冗余，有效抵抗多径衰落。 虽然牺牲了一些传输效率，但有效提高了传输可靠性。
Class C：该模式是常发常收模式，节点不 考虑功耗，随时可以接收网关下行数据，实 时性好，适合不考虑功耗或需要大量下行数 据控制的应用，比如智能路灯控制。
3.1 LoRa---关键特性和优势
目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa联盟年初的数据是有9个国家开始建网， 56个国家开始进行试点；截至目前最新公布的数据，已经有17个国家公开宣布建网计划，120多个城 市地区有正在运行的LoRa网络，如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等等国家，荷兰、瑞士、韩国 等更是部署或计划部署覆盖全国的LoRa网络。
Generic Attribute Profile
Find Me Profile Heart Rate Profile
通用属性协议
设备寻找 心率协议
BLE应用都基于GATT
蓝牙防丢器 蓝牙心率带
2.2 Bluetooth---组网方式
• 微微网（Pico网） • 分散网
微微网使用三个比特位给网内从设备进行 编号，每个设备编号不同，每个微微网最 多连接7个从设备。此外，在微微网中， 从设备只能与主设备进行通信，从设备之 间不能通信。
• 物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产 力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。
1. 物联网是什么？
2. 无线通信技术分类
一. 短距离无线通信技术 WiFi、Bluetooth、ZigBee、Z-Wave、RFID、NFC...... 物联网常用 无线通信技术 二. 广域网无线通信技术（LPWAN：low-power Wide-Area Network，低功耗广域网） LoRa、NB-IOT、Sigfox、eMTC .....
：定义了设备之间实现一种连接或应用的规则。简单理解为应用层或者连接
层协议。
：
（1）GAP（Generic Access Profile）：
该Profile保证不同的Bluetooth产品可以互相发现对方并建立连接，是其他蓝牙规范的基础。
（2）SDP（Service Discovery Profile）： 服务发现协议。蓝牙设备之间查询双方支持的profile或者服务。
2.3 ZigBee---协议模型
Z802.15.4定义了物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）层，ZigBee定义了网络层和 应用层规范。
2.3 ZigBee---组网方式
（1）协调器（ZC） ---每个ZigBee网络必须要有一个 ---初始化网络信息，存储网络信息 ---启动和控制网络，网络认证中心 （2）路由器（ZR） ---允许其他网络设备加入 ---多跳路由，扩展网络覆盖 ---动态路由，备份路由防止网络拥挤 （3）终端节点（ZED） ---采集数据，向路由节点传递数据
3.Байду номын сангаас NB-IoT
：基于蜂窝的窄带物联网（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。2015年9月， NB-IoT标准应运而生；NB-IOT协议 规范在2016年6月份的3GPP Release13版本冻结。 NB-IoT采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性性能，获取面 向LWPA物联网的承载能力。各运营商都已经重点投入NB-IoT网络的部署。
• Ad hoc模式网络是临时性的，无需依靠 任何基础设施的非标准网络； • 仅有两个及以上STA组成，网络中不存 在AP，没有严格的控制中心； • 各设备自发组网，设备之间是对等的； • 网络中所有的STA之间都可以直接通信， 不需要转发； • 当结点要与其覆盖范围之外的结点进行 通信时，需要中间结点的多跳转发； • 是一个动态的网络。网络结点可以随处 移动，也可以随时开机和关机，这些都 会使网络的拓扑结构随时发生变化
• 中国/欧洲/ETSI
2.412-2.472GHz(13信道)
2.412-2.484GHz(14信道）
2.1 WiFi---基础网
基于AP组建的无线网络：
• 必须有一个AP（Access Point：接入点） 负责接入站点 • 有多个STA（Station：站点）接入到AP • AP是网络的中心，可以管理网络的站点 • STA之间不能直接通信，数据都需要经 过AP的转发
用途
蓝牙音频传输协议 蓝牙通话免提协议 对象存储规范
典型应用场景
蓝牙音乐播放器播放远 端设备的音乐 蓝牙耳机接听或拨打电 话 手机间传输文件、图片
音频/视频远程控制规范 蓝牙耳机控制上/下一 首、音量、暂停、播放 电话号码簿访问协议 蓝牙耳机显示手机来电 号码
GATT
BLE Profile FMP HRP
3.1 LoRa---终端设备分类
Class A：节点按需主动上报数据，每一个 终端上行传输后会伴随着两个下行接收窗口， 平时休眠，只有在固定的窗口期才能接收网 关下行数据。Class A的优势是功耗极低。
Class B：ClassB模式是固定周期时间同步， 在固定周期内可以随机确定窗口期接收网关 下行数据，兼顾实时性和低功耗，特点是对 时间同步要求很高
2.1 WiFi---2.4G频段
• IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段，频率范围为2.400—2.4835GHz，共83.5M带宽 • 划分为14个子信道，每个子信道宽度为22MHz（20MHz有效带宽+2MHz保护带） • 相邻信道的中心频点间隔5MHz ，相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频 率重叠)，整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道 • 北美/FCC • 日本/ARIB 2.412-2.461GHz(11信道)