原文链接：物联网技术栈之通信技术

物联网技术栈

和传统企业应用于互联网应用相比，物联网的技术栈更宽泛更复杂。大致可以将物联网归类为以下6组技术栈：



1. 物联网网关

2. 物联网通信服务

3. 大数据和过程管理

4. 用户交互

5. 平台和赋能

6. 安全





每组技术栈的纵深都很陡峭，都可以单独作为一个学科来研究和讨论。在这里我们只做关键技术的一个概述，介绍它们与其他概念的一个关系，从而为项目经理、产品经理和解决方案架构师提供不同技术的一个概览，使他们更好地了解什么时候使用(不使用)这些技术(取决于具体项目的情况)。



本篇文章主要介绍物联网通信服务相关技术。



物联网通信服务

物联网通信类型

一般可以将物联网分为以下几种通信类型：



设备-设备(D2D)

两个智能设备之间的直接通信

设备-网关(D2G)

传感器和网关节点之间的通信

网关-云/数据中心(G2C)

数据从网关传输到云端或数据中心





物联网网络类型

根据通信区域，可以分为以下几种网络类型：



近场通信(NFC)

一种低速网络，用于连接相距4厘米以内的电子设备。可能的应用包括非接触式支付系统、身份证件和钥匙卡。

个人区域网络

一个网络，将一个或几个房间内的设备连接起来。

局域网

在一个有限的地理区域(企业、大学)内联合较小的局域网的网络。

广域网(WAN)

一个存在于一个大的地理区域并且联合不同的小网络的网络，包括城域网。





本篇章主要介绍远程的广域网技术，其他设备-设备和设备-网关的通信技术请参考物联网技术栈之网关技术。



物联网远程通信技术

我们可以将物联网远程通信技术主要分为两大类：蜂窝网络和低功耗网络。而两种网络又存在交集。



传统蜂窝网络(2G/3G/4G)

2G(GSM/GPRS)

GSM是第二代移动电话系统。它主要用于语音，但也支持短信和GPRS形式的数据。因为这是一个旧的系统，所以它被广泛采用，并且可以以较低的成本获得硬件。



4G(LTE)

LTE是第四代移动网络系统。尽管它支持语音通话，但它是为更好的可扩展性和无线宽带而设计的。该范围通常小于GSM，但可获得的数据速率是数量级以上。LTE可以与远程WiFi相媲美。





低功耗网络(LPWAN)

LPWAN技术填补了移动(2G、3G、4G)和短程无线(如蓝牙、WiFi和Zigbee)网络之间的空白，并且是为机器而不是人为通信而设计的。人类通信包括语音、数据和视频，在用户移动时需要高吞吐量和低延迟来保证无缝的用户体验。相比之下，机器通信，尤其是物联网设备和应用，需要低流动性的低水平数据传输。



LPWAN技术包括：NB-IoT、LET-M、LoRa、SigFox等技术。



NB-IoT

NB-IoT(窄带物联网)是一种新的LTE解决方案，支持在许可频谱下的超低比特率应用。NB-IoT旨在降低终端成本，优化更便宜的无线模块，使电池寿命非常长，并扩大无线电覆盖范围，支持远程和深入的室内通信。NB-IoT在移动电话无线电频谱中运行，并利用旧的、未使用的GSM信道或LTE信道之间的空闲空间。



NB-IoT也是国内重点发展的物联网技术，以华为和三大运营商为首，带动了芯片、网络、设备、应用等全生态的产业链发展。后续会在介绍华为物联网体系时详细在介绍。





LET-M

LET-M是LTE网络的扩展，提供低速、低功耗和远程协议，用于传输小批量数据。因为它是在LTE基站上运行的，所以实现起来更便宜，因为不需要专门的硬件。为了支持LTE-M功能，现有的LTE基站只需要进行软件升级，硬件组件保持不变。LTE-M能够增加覆盖范围，降低复杂性，降低成本，电池寿命超过10年，适用于广泛的应用场合。LTE-M技术支持移动性、无缝切换和低延迟时间间隔。LET-M技术主要在欧美国家发展比较迅速。





LoRa

LoRaWAN是一种低速、远程、低功耗的通信协议。它是一个开放的规范，因此任何人都可以在自己的设备上自由地实现协议。LoRa覆盖面更广且成本相对更低，支持灵活组网，某种程度上，LoRa延伸了物联网网络连接的边界，在一些特定细分的场景中，比如偏远或边缘地区，比如景区或高新区，相比依赖于运营商的NB-IoT，更适合企业的业务需求，比如智能路灯、智能家居等领域。





SigFox

Sigfox是一个私有网络和协议。可以用于任何远程数据上传。它速度慢，功率小，但传输距离远。SigFox是为打造物联网的无线网络而生的，不过国内关注度较低于LoRa，这两家都被Semtech收购了。SigFox优势是什么呢?没有传统无线网络的包袱，针对物联网的特点，压缩成本、广泛覆盖及提升速率，多适用海外智能制造等场景。而且不同于LoRa逐步完善标准化，Sigfox标准化问题存有些许隐患。



5G

5G理论上归属于传统蜂窝网络，但是因为其各个指标和其他技术相比都是颠覆级别，所以将它和传统蜂窝网络与低功耗网络作为同级技术。



5G场景主要围绕三个核心场景：



1. 增强的移动宽带：关注以人为中心的访问多媒体内容、服务和数据的需求。

2. 超可靠和低延迟通信：解决关键任务通信场景。

3. 大型机器的通信：目标是低成本设备的大量部署，通常具有有限的能力。



5G的性能指标除了成本和功耗之外，基本碾压其他通信技术。





总结

物联网远程通信技术可分为传统蜂窝网络的2G、3G、4G、5G技术和低功耗网络的NB-IoT、LET-M、LoRa、SigFox等技术。各性能指标比较如下图。





在大规模物联网场景下(智能农业、智能电表、车队管理等)，一般具有低成本、低功耗、设备量大、数据量小的特点，所以LPWAN技术更合适；而发展迅速的关键物联网领域(自动驾驶、远程医疗等领域)对网络的可靠性、延迟性要求较高，所以即将到来的5G技术更合适。





作者介绍：

老任，自由撰稿人，物联网 & 车联网。个人公众号：hongjun-iot。





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