《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(shí)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(shí)別標(biāo)簽通信射頻識(shí)別通信（RFID）、近場(chǎng)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(jì)算硬件Arduino、樹(shù)莓派、MediaTekLinkItONE等物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺(tái)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(jī)和收信機(jī)：分別負(fù)責(zé)發(fā)送和接收信號(hào)，在雙工系統(tǒng)中，發(fā)信機(jī)和收信機(jī)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(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)。在通信的過(guò)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(chǎng)景寬泛豐富終端節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性終端節(jié)點(diǎn)能力受限要在對(duì)應(yīng)用場(chǎng)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(zhǎng)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)WiFi藍(lán)牙

Bluetooth紫蜂

ZigBee超寬帶UWB光保真LiFiZ-Wave近場(chǎng)通信NFC射頻識(shí)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(chǎng)家進(jìn)行增強(qiáng)后，覆蓋半徑可達(dá)到200至300米，特別適合寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、學(xué)校等場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)MIMO）技術(shù)、空時(shí)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(mén)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(guò)100毫瓦，實(shí)際發(fā)射功率約60~70毫瓦；相比之下，手機(jī)發(fā)射功率約200毫瓦至1瓦，手持式對(duì)講機(jī)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(qiáng)技術(shù)可將有效傳輸距離擴(kuò)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(yǔ)音數(shù)據(jù)同傳。支持異步數(shù)據(jù)和同步語(yǔ)音的同時(shí)傳輸。工作在2.4GHz的ISM頻段，抗干擾能力強(qiáng)。工作在ISM頻段的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備有很多，如家用微波爐、WiFi及HomeRF等。為抵抗來(lái)自這些設(shè)備的干擾，藍(lán)牙采用跳頻的方式來(lái)擴(kuò)展頻譜，在工作頻段2.402~2.48GHz內(nèi)分成79個(gè)頻點(diǎn)，相鄰頻點(diǎn)間隔1MHz。設(shè)備在某頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)后，會(huì)以偽隨機(jī)的規(guī)律跳到另一個(gè)頻點(diǎn)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(zhǎng)寬高均小于1cm。開(kāi)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(kāi)，任何單位和個(gè)人可依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，只要最終通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的產(chǎn)品兼容性測(cè)試，就可以推向市場(chǎng)。低成本。藍(lán)牙作為國(guó)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(chǎng)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(hù)設(shè)備必須經(jīng)過(guò)用戶(hù)許可。11藍(lán)牙5.0的改善傳輸速度相對(duì)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(kuò)展廣告允許每個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送最多255個(gè)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(shí)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(duì)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(shí)間內(nèi)傳輸完畢，從而帶來(lái)功耗的降低。功耗的降低無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電接通時(shí)間，帶來(lái)無(wú)線(xiàn)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(guò)藍(lán)牙來(lái)傳輸，帶來(lái)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(shì)更遠(yuǎn)的傳輸距離意味著遠(yuǎn)程遙控設(shè)備，對(duì)家庭自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用等場(chǎng)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(shì)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(yùn)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(kuò)展廣告模式支持更豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用擴(kuò)展廣告模式允許每個(gè)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(qiáng)底層優(yōu)化功能增強(qiáng)新的遠(yuǎn)程和高速模式是可選功能，聲稱(chēng)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(shí)現(xiàn)需要收發(fā)兩端的支持功能實(shí)現(xiàn)需要軟硬件的支持新功能實(shí)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(jī)之間長(zhǎng)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(qiáng)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(jī)）并不常見(jiàn)。除去硬件支持外，還需要其API為移動(dòng)開(kāi)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(píng)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(shí)現(xiàn)。iBeacon基站基于低功耗藍(lán)牙BLE向周邊廣播藍(lán)牙信號(hào)，終端根據(jù)接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)隨距離衰減的模型計(jì)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?xún)?nèi)）、遠(yuǎn)距（Far，大于1米）三個(gè)范圍等級(jí)。蘋(píng)果公司將iBeacon相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)完全對(duì)外開(kāi)放，只要滿(mǎn)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(shí)現(xiàn)廣告推送結(jié)合微信實(shí)現(xiàn)廣告等信息推送是iBeacon最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。在商場(chǎng)、電梯間甚至公交車(chē)的電視屏幕旁，常有微信搖一搖的提示，打開(kāi)微信搖一搖界面，會(huì)看到多出一個(gè)“周邊”的標(biāo)簽，搖動(dòng)手機(jī)，就會(huì)搖出一個(gè)公眾號(hào)，點(diǎn)擊進(jìn)去一般是廣告或優(yōu)惠券頁(yè)面，商家以此吸引用戶(hù)到店消費(fèi)。1920iBeacon結(jié)合微信實(shí)現(xiàn)廣告推送iBeacon結(jié)合微信實(shí)現(xiàn)廣告推送的具體步驟（1-3）21參數(shù)申請(qǐng)與配置。商家購(gòu)買(mǎi)iBeacon基站，在微信后臺(tái)申請(qǐng)iBeacon基站ID，該ID是識(shí)別iBeacon基站的唯一標(biāo)識(shí)符，包括廠(chǎng)商識(shí)別號(hào)（UUID，128位）、群組號(hào)（Major，16位）和組內(nèi)單個(gè)Beacon號(hào)（Minor，16位）。商家將這些參數(shù)配置到iBeacon基站。結(jié)果頁(yè)面配置。商家配置搖一搖周邊的指向HTML5結(jié)果頁(yè)面，如優(yōu)惠券信息、公眾號(hào)、廣告頁(yè)面等，將這個(gè)頁(yè)面和iBeacon設(shè)備綁定。iBeacon基站部署。商家將iBeacon設(shè)備放到某個(gè)位置，一般可以在地面或墻面部署。iBeacon結(jié)合微信實(shí)現(xiàn)廣告推送的具體步驟（5-8）22用戶(hù)獲取iBeacon基站的廣播信號(hào)。iBeacon基站基于BLE技術(shù)向周邊廣播藍(lán)牙信號(hào)，當(dāng)持有智能終端的用戶(hù)走進(jìn)iBeacon基站周邊設(shè)定區(qū)域，用微信搖一搖周邊，就會(huì)收到iBeacon基站發(fā)出的信號(hào)。用戶(hù)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(hào)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(hù)推送結(jié)果頁(yè)面鏈接。微信服務(wù)器將iBeacon基站ID對(duì)應(yīng)的結(jié)果頁(yè)面的鏈接返回給用戶(hù)。用戶(hù)點(diǎn)擊鏈接，終端內(nèi)置瀏覽器打開(kāi)鏈接，即看到結(jié)果頁(yè)面對(duì)應(yīng)的信息。短距離通信技術(shù)——ZigBeeZigBee與藍(lán)牙類(lèi)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，用于傳感控制類(lèi)(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(guò)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(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)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(guò)無(wú)線(xiàn)電波相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。星狀樹(shù)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(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。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(shí)延）只需15ms，節(jié)點(diǎn)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(dòng)作，藍(lán)牙和WiFi都需要數(shù)秒。低成本。大幅簡(jiǎn)化協(xié)議，降低了對(duì)通信控制器的要求，免協(xié)議專(zhuān)利費(fèi)。低速率?？商峁?50kbps(@2.4GHz)、40kbps(@915MHz)和20kbps(@868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，專(zhuān)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(diǎn)）介于10～100m之間，增加發(fā)射功率后，可增加到1～3km。再通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)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(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)（最多254個(gè)）；主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。高安全?？伸`活設(shè)置的三級(jí)安全模式，包括安全設(shè)定、使用訪(fǎng)問(wèn)控制清單(AccessControlList,ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES-128加密算法）的對(duì)稱(chēng)密碼。自組織組網(wǎng)。自愈能力強(qiáng)，通信可靠性高。短距離通信技術(shù)——ZigBee27智能家居機(jī)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(jī)（韓國(guó)）：將個(gè)人電腦、家用設(shè)備和電動(dòng)開(kāi)關(guān)連接智能工業(yè)傳感器+ZigBee：數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理，如危險(xiǎn)化學(xué)成分的檢測(cè)、火警的早期檢測(cè)和預(yù)報(bào)、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的檢測(cè)和維護(hù)基于ZigBee的自動(dòng)抄表系統(tǒng)交通運(yùn)輸分布式交運(yùn)信息系統(tǒng)：跟蹤公共交通情況、根據(jù)不同交通流量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)紅綠燈，追蹤超速的汽車(chē)或被盜的汽車(chē)、精確定位和交通環(huán)境分析等樓宇自動(dòng)化電燈開(kāi)關(guān)、煙火檢測(cè)器、抄表系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)報(bào)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(cè)組網(wǎng)系統(tǒng)（深圳）：實(shí)時(shí)采集溫室內(nèi)溫度、土壤溫度、CO2濃度、濕度信號(hào)以及光照、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)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(shí)現(xiàn)示意29短距離通信技術(shù)——UWB超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（Ultra-WideBand,UWB）：一種新型無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)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(hào)，10米左右。傳輸速率：數(shù)百M(fèi)bps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(diǎn)通過(guò)發(fā)送納秒級(jí)脈沖（而不是載波）來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，容易實(shí)現(xiàn)。123456系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)凸母甙踩远ㄎ痪_工程簡(jiǎn)單造價(jià)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(shí)系統(tǒng)的耗電量?jī)H為幾百微瓦到幾十毫瓦。設(shè)備功率是傳統(tǒng)移動(dòng)電話(huà)功率的1/100，藍(lán)牙設(shè)備功率的1/20。信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶內(nèi)，相當(dāng)于白噪聲，信號(hào)功率譜密度低于自然電子噪聲。監(jiān)測(cè)困難，安全性高。具有極強(qiáng)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(duì)地理定位，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位，定位精度達(dá)厘米級(jí)。以全數(shù)字化的方式在工程上實(shí)現(xiàn)。只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，涉及電路可被集成到一個(gè)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(jí)非正弦窄脈沖通信，穿透力強(qiáng)，可以達(dá)到厘米級(jí)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(lái)十年的室內(nèi)定位主流技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)控人員或物資的位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員與物資的風(fēng)險(xiǎn)管理和安全保障公司訪(fǎng)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(shí)時(shí)定位短距離通信技術(shù)——LiFiLiFi（LightFidelity），又稱(chēng)“光保真技術(shù)”或“可見(jiàn)光通信”，由德國(guó)物理學(xué)家哈拉爾德?哈斯教授發(fā)明?；驹恚和ㄟ^(guò)改變房間照明光線(xiàn)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(shí)，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(lái)發(fā)送信號(hào)。LiFi接入點(diǎn)：借助LiFi，只要有電燈存在的環(huán)境，就有LiFi接入，LiFi熱點(diǎn)成為互聯(lián)網(wǎng)的新型入口。組網(wǎng)：在LiFi接入點(diǎn)后面，通常使用以太網(wǎng)供電（POE）或電力線(xiàn)通信（PLC）連接到骨干網(wǎng)絡(luò)。34LiFi的優(yōu)勢(shì)高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)速率高達(dá)數(shù)Gbps。在一個(gè)有6個(gè)LiFi集成燈的房間中，每個(gè)燈傳輸數(shù)據(jù)速率為42Mbps，則房間的總無(wú)線(xiàn)容量可以達(dá)到252Mbps?？垢蓴_性。不依靠無(wú)線(xiàn)電波，而是由照明區(qū)域來(lái)定義，沒(méi)有電磁干擾，特別適合醫(yī)院、電廠(chǎng)、飛機(jī)等不宜采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的場(chǎng)合。安全可靠?？梢?jiàn)光被容納和限制在一個(gè)物理空間中，只沿直線(xiàn)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(hù)認(rèn)證的精確定位。低延時(shí)。比WiFi低約三倍的延時(shí)?？啥ㄎ?。支持部署高級(jí)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(shí)就能傳輸信號(hào)，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L(zhǎng)iFi熱點(diǎn)。35LiFi國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀研究實(shí)驗(yàn)階段，完整產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成。國(guó)內(nèi)LED設(shè)備商：對(duì)LiFi的參與程度相對(duì)較高國(guó)內(nèi)通訊設(shè)備供應(yīng)商：對(duì)LiFi的研究集中在控制、通信、定位三個(gè)方面，如華為、中興等。國(guó)內(nèi)電力運(yùn)營(yíng)商：國(guó)家電網(wǎng)等正在聯(lián)合科研院所進(jìn)行LiFi技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究。國(guó)外：韓國(guó)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(hào)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(wú)間斷地上網(wǎng)，必須確保每個(gè)房間里都有安裝了LiFi芯片的智能燈泡。LiFi在戶(hù)外（特別是白天）工作不易。如果自然環(huán)境光（如太陽(yáng)光）過(guò)于強(qiáng)烈，會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸形成干擾。雙向傳輸存在難度。下行傳輸依靠可見(jiàn)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)專(zhuān)為住宅和輕型商業(yè)環(huán)境中的控制、監(jiān)測(cè)和狀態(tài)讀取應(yīng)用而設(shè)計(jì)傳輸速率：9.6/40/100kbit/s，小數(shù)據(jù)包傳輸信號(hào)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(guó)大陸908.4/916MHz@美國(guó)/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(jī)制可支撐智能家庭和智慧建筑的無(wú)線(xiàn)控制類(lèi)應(yīng)用，支持各類(lèi)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)中，相對(duì)較低的傳輸頻率、相對(duì)較遠(yuǎn)的傳輸距離和一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。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(cè)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(cè)類(lèi)應(yīng)用@住宅及商業(yè)環(huán)境40控制節(jié)點(diǎn)：存儲(chǔ)全網(wǎng)拓?fù)湫畔ⅲ?jì)算信息傳輸路徑，規(guī)定所有節(jié)點(diǎn)的路由地址，可充當(dāng)中繼器路由節(jié)點(diǎn)：只儲(chǔ)存與自身相關(guān)的部分節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔?，定義部分節(jié)點(diǎn)的路由地址，可充當(dāng)中繼器從節(jié)點(diǎn)：不存儲(chǔ)拓?fù)湫畔?，不?jì)算信息傳輸路徑，只響應(yīng)來(lái)自控制節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)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)?，三種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型企業(yè)經(jīng)驗(yàn)——Z-Wave網(wǎng)絡(luò)部署41企業(yè)經(jīng)驗(yàn)：Z-Wave在戶(hù)外的距離單跳傳播距離約為100m，但建筑物的存在會(huì)縮短這個(gè)距離。實(shí)踐中，建議大約每10m（或更近）安裝一個(gè)Z-Wave設(shè)備，以實(shí)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(gè)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)可以支持多達(dá)232個(gè)Z-Wave設(shè)備，用戶(hù)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(jī)制42當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被分配了網(wǎng)絡(luò)ID和節(jié)點(diǎn)ID并接入Z-Wave網(wǎng)絡(luò)之后，節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)尋找周?chē)泥従庸?jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)也會(huì)向該新節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信息。

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

臥室里的人通過(guò)Z-Wave遙控器想關(guān)掉餐廳燈

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

Z-Wave會(huì)自動(dòng)選擇其他的路徑，例如關(guān)燈信號(hào)可以經(jīng)燈C通過(guò)燈E傳送到燈F，這時(shí)，燈E成為了信號(hào)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(chǎng)得到廣泛應(yīng)用以Z-Wave技術(shù)構(gòu)建家居無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遙控，也可以通過(guò)使用計(jì)算機(jī)、手機(jī)等設(shè)備經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)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(chǎng)開(kāi)拓及消費(fèi)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，由飛利浦和索尼共同研制開(kāi)發(fā)。非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)：NFC設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換，是由射頻識(shí)別（RFID）及互連互通技術(shù)整合演變而來(lái)。讀取模式：有主動(dòng)和被動(dòng)兩種——主動(dòng)讀卡器和被動(dòng)標(biāo)簽之間、或兩個(gè)主動(dòng)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(diǎn)NFC操作簡(jiǎn)單，僅需打開(kāi)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(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，相對(duì)于RFID，傳輸距離更近、能耗更低。NFC主要用于10cm以?xún)?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(jī)支付為例。當(dāng)手機(jī)模擬銀行卡時(shí)，密碼等敏感數(shù)據(jù)一般存儲(chǔ)于手機(jī)的安全芯片里；敏感數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，只在支付設(shè)備和手機(jī)之間私密傳輸，故此可以避免公共網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)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(zhǎng)距離通信技術(shù)現(xiàn)代移動(dòng)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(dòng)性時(shí)延頻譜效率用戶(hù)體驗(yàn)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(shì)峰值速率：?jiǎn)斡脩?hù)可以獲得的最高傳輸速率10Gb/s至20Gb/s

移動(dòng)性：滿(mǎn)足一定系統(tǒng)性能前提下，通信雙方最大相對(duì)移動(dòng)速度500公里/小時(shí)支持飛機(jī)、高速公路、地鐵、高鐵等超高速移動(dòng)場(chǎng)景端到端時(shí)延：數(shù)據(jù)包從離開(kāi)源節(jié)點(diǎn)到被目的節(jié)點(diǎn)成功接收所經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)度毫秒級(jí)（1ms）支持時(shí)延嚴(yán)苛需求的業(yè)務(wù)（車(chē)聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)控制/遠(yuǎn)程醫(yī)療/VR/AR）頻譜效率：?jiǎn)挝活l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(duì)頻譜更高效率的利用用戶(hù)體驗(yàn)速率：真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶(hù)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：?jiǎn)挝幻娣e上支持的在線(xiàn)設(shè)備數(shù)100萬(wàn)個(gè)/平方公里支持海量設(shè)備接入（物聯(lián)網(wǎng)）流量密度：?jiǎn)挝幻娣e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(dòng)終端的發(fā)送功率，及整個(gè)移動(dòng)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(duì)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(zhǎng)距離通信技術(shù)現(xiàn)有移動(dòng)通信技術(shù)@物聯(lián)網(wǎng)：痛點(diǎn)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(wú)線(xiàn)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(chǎng)景（比如地磁傳感器、自來(lái)水表）缺乏持續(xù)供電的條件。技術(shù)現(xiàn)實(shí)：長(zhǎng)距離與低功耗的矛盾在長(zhǎng)距離和低功耗之間，存在矛盾，不可兼得。短距離無(wú)線(xiàn)電技術(shù)不支持長(zhǎng)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(guò)多的設(shè)備能量。55物聯(lián)網(wǎng)對(duì)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(jiǎn)單升級(jí)，盡量避免或減少大規(guī)模新硬件部署56支持增強(qiáng)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(jí)增長(zhǎng)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(dòng)LPWAN出現(xiàn)LPWAN，是指專(zhuān)門(mén)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(chǎng)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(zhǎng)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(wú)線(xiàn)芯片組成本低于2歐元，單臺(tái)設(shè)備每年的運(yùn)行成本約為1歐元。57速率vs距離：無(wú)線(xiàn)技術(shù)對(duì)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(guó)初創(chuàng)公司Cycleo在2009年開(kāi)發(fā)的專(zhuān)網(wǎng)LPWAN系統(tǒng)，并于三年后由美國(guó)的Semtech公司收購(gòu)，是基于非授權(quán)頻譜的廣域網(wǎng)通信技術(shù)，需單獨(dú)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(dòng)運(yùn)營(yíng)商如法國(guó)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(yùn)營(yíng)商@161個(gè)國(guó)家。2016年，中國(guó)LoRa應(yīng)用聯(lián)盟成立，國(guó)內(nèi)LoRa網(wǎng)絡(luò)部署全面開(kāi)展。60LoRa的技術(shù)特征與優(yōu)勢(shì)（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(kuò)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?？梢詫⒄瓗盘?hào)傳播到更寬的信道帶寬上。產(chǎn)生的信號(hào)具有低噪聲水平，具有較高的抗干擾能力，并且難以檢測(cè)或干擾。擴(kuò)展因子：SF7-SF12擴(kuò)展因子越高，距離越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率越低，反之亦然。根據(jù)擴(kuò)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(kuò)展因子傳輸?shù)男畔⒖梢酝瑫r(shí)被LoRa基站接收。每條消息的最大有效負(fù)載長(zhǎng)度為243字節(jié)。LoRa的技術(shù)特征與優(yōu)勢(shì)（4-5）廣域覆蓋一個(gè)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(gè)Lora網(wǎng)關(guān)或基站理論可以支持5萬(wàn)到10萬(wàn)臺(tái)設(shè)備在線(xiàn)連接。實(shí)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(kuò)展因子、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、平臺(tái)處理能力等因素相關(guān)，也與LoRa網(wǎng)關(guān)的類(lèi)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(shí)的LoRaProximus網(wǎng)絡(luò)63LoRaWAN：基于LoRa設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)要求在終端設(shè)備附近建設(shè)多個(gè)基站，這可能會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)部署成本。）可以利用同一消息的多次接收來(lái)定位終端設(shè)備。（采用基于到達(dá)時(shí)差（TimeDifferenceofArrival,TDOA）的定位技術(shù)，要求多個(gè)基站之間有非常精確的時(shí)間同步。）避免移動(dòng)中的網(wǎng)關(guān)（或基站）切換。LoRaWAN：異步通信機(jī)制蜂窩網(wǎng)絡(luò)：節(jié)點(diǎn)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(jī)制會(huì)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(jī)制支持網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行：通信是異步進(jìn)行的，即，節(jié)點(diǎn)只在準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通信，不論這種通信是事件驅(qū)動(dòng)還是預(yù)先調(diào)度好的，避免節(jié)點(diǎn)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(shí)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(zhǎng)度以及節(jié)點(diǎn)發(fā)送頻率。Chirp擴(kuò)頻調(diào)制方式：使用不同的擴(kuò)展因子（SF）確保信號(hào)彼此正交。SF的變化會(huì)改變有效數(shù)據(jù)傳輸速率。LoRa網(wǎng)關(guān)充分利用這一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間在同一信道上接收來(lái)自多個(gè)節(jié)點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)速率的信息，還會(huì)根據(jù)終端節(jié)點(diǎn)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(diǎn)功耗，延長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)，并在擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的需要出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)添加更多網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)增6到8倍。如此，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了大容量，以及較好的伸縮性。68LoRaWAN的設(shè)備的類(lèi)型69設(shè)備分類(lèi)設(shè)備操作設(shè)備特征及適用的應(yīng)用A類(lèi)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(gè)短的下行接收窗口。來(lái)自服務(wù)器的下行通信只是發(fā)生在下一個(gè)被調(diào)度的上行通信之后是功耗最低的設(shè)備類(lèi)型，比如以電池驅(qū)動(dòng)、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(lèi)終端允許雙向通信，除參照A類(lèi)操作外，還會(huì)在預(yù)定時(shí)間打開(kāi)額外的下行接收窗口。為此，終端設(shè)備會(huì)從網(wǎng)關(guān)接收時(shí)間同步信標(biāo)，以便服務(wù)器知道終端設(shè)備何時(shí)在監(jiān)聽(tīng)功耗較低的設(shè)備類(lèi)型，比如以電池驅(qū)動(dòng)、接收下行指令做出操作的執(zhí)行器。適用于對(duì)下行通信可容忍一定延遲的應(yīng)用C類(lèi)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(kāi)下行接收窗口，用于接收的時(shí)隙是最多的功耗相對(duì)較大的設(shè)備類(lèi)型，能夠持續(xù)收聽(tīng)，下行通信無(wú)延遲LoRa基站（網(wǎng)關(guān)）的類(lèi)型通信方式應(yīng)用場(chǎng)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(duì)一些具體的項(xiàng)目、特別是來(lái)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(zhǎng)久運(yùn)行/電池供電設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)位置相對(duì)固定、密度相對(duì)集中無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)報(bào)警器（煙霧探測(cè)器、熱釋紅外）遠(yuǎn)程I/O控制器（燈光控制、空調(diào)控制）倉(cāng)儲(chǔ)管理長(zhǎng)距離的，需要電池供電的應(yīng)用智能停車(chē)資產(chǎn)追蹤地質(zhì)水文監(jiān)測(cè)…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(zhǎng)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(yùn)營(yíng)商為主推動(dòng)的LPWAN技術(shù)NB-IoT（NarrowBandInternetofThings）工作在授權(quán)頻段，是基于窄帶無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的LPWAN技術(shù)無(wú)需獨(dú)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(guò)渡，與現(xiàn)網(wǎng)（2G/3G/4G）共站部署，僅需軟件升級(jí)。電信級(jí)別的安全保障具有廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、海量連接、對(duì)延遲不敏感等特點(diǎn)。76NB-IoT的發(fā)展2016.12NB-IoT在3GPP立項(xiàng)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(guó)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(gè)國(guó)家宣布將部署NB-IoT技術(shù)華為正謀求擴(kuò)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(cè)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(qiáng)技術(shù)會(huì)支持定位服務(wù)、多播服務(wù)、移動(dòng)性等在內(nèi)的一系列技術(shù)細(xì)節(jié)，以增強(qiáng)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(hù)提供了靈活性支持大連接單小區(qū)基站平均支持50000臺(tái)設(shè)備在線(xiàn)，可通過(guò)增加載波的數(shù)量來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)容量79上行及下行鏈路上行鏈路：?jiǎn)屋d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(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)窄帶寬、半雙工運(yùn)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(wú)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(jiǎn)化帶來(lái)低功耗及針對(duì)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(jiǎn)化，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要做出針對(duì)性增強(qiáng)。例如，監(jiān)測(cè)通道質(zhì)量的測(cè)量、載波聚合和雙連接等，都會(huì)被去掉。這樣，進(jìn)一步降低了終端設(shè)備的功耗，便于實(shí)現(xiàn)電池供電。NB-IoT終端設(shè)備最大發(fā)射功率不超過(guò)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(jiǎn)化協(xié)議與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了和GPRS相比20dB的覆蓋擴(kuò)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(shí)要被終端設(shè)備接收終端在每個(gè)DRX周期（1.28s）都會(huì)檢測(cè)是否有下行業(yè)務(wù)，適用于對(duì)時(shí)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(kuò)展不連續(xù)接收模式（eDRX）終端對(duì)尋呼信道（PagingChannel，系用于基站尋呼移動(dòng)終端的下行傳輸信道）周期性地監(jiān)視只在尋呼時(shí)間窗口內(nèi)按照DRX周期監(jiān)聽(tīng)尋呼信道、接收下行數(shù)據(jù)，其余時(shí)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(shí)延之間獲取平衡，適用于對(duì)時(shí)延有一定要求的業(yè)務(wù)省電模式（PSM）終端始終維持注冊(cè)在網(wǎng)的狀態(tài)，但只有終端主動(dòng)發(fā)送上行數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)接收緩存的下行數(shù)據(jù)，其他非業(yè)務(wù)時(shí)間處于休眠狀態(tài)是最省電的模式，適合對(duì)時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)，終端設(shè)備通常可采用電池供電不同覆蓋類(lèi)別對(duì)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(gè)用戶(hù)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(lèi)別Extreme類(lèi)設(shè)備對(duì)吞吐量和延遲的要求可以被滿(mǎn)足，Normal類(lèi)和Extended類(lèi)設(shè)備的性能得到盡可能的改善。83正常（Normal）對(duì)應(yīng)相當(dāng)高的接收功率水平擴(kuò)展（Extended）對(duì)應(yīng)介于Normal與Extreme之間的功率水平極端（Extreme）對(duì)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(hào)覆蓋，可有效覆蓋居民廚房、市政管網(wǎng)、地下車(chē)庫(kù)、地下室等常規(guī)蜂窩信號(hào)盲區(qū)。NB-IoT：頻帶資源使用靈活，與現(xiàn)網(wǎng)共存獨(dú)立操作Stand-aloneoperation一個(gè)可能場(chǎng)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(jí)別的安全性。85NB-IoT：電信級(jí)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(dòng)化智能物流智慧建筑智慧停車(chē)廢物管理環(huán)境監(jiān)測(cè)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(kuò)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(zhǎng)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(gè)基站終端不只連接一個(gè)基站終端只連接一個(gè)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(duì)比89

頻譜成本基礎(chǔ)設(shè)施成本終端成本SigFox免費(fèi)單基站高于4000€低于2€LoRa免費(fèi)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(lái)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(yùn)營(yíng)商節(jié)省大量的固定投入，得到各電信運(yùn)營(yíng)商以及高通、愛(ài)立信、華為等的強(qiáng)烈支持耦合損耗164dB上行鏈路延遲小于10秒單個(gè)家庭支持40個(gè)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(shí)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(shì)和劣勢(shì)，沒(méi)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(chǎng)景，它們各自都應(yīng)該在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上占有一席之地。針對(duì)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(jì)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(zhǎng)的電池壽命。需要實(shí)時(shí)監(jiān)控做出即時(shí)決策，例如負(fù)載、停機(jī)和中斷Sigfox不適合，因?yàn)檠舆t性能不佳可考慮使用C級(jí)LoRa，以確保非常低的延遲NB-IoT是更好選擇，因?yàn)槟鼙ＷC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(chǎng)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(zhǎng)的電池壽命，設(shè)備每小時(shí)更新幾次感知數(shù)據(jù)即可許多農(nóng)場(chǎng)并沒(méi)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(chǎng)實(shí)時(shí)機(jī)械監(jiān)控可防止工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)，并通過(guò)允許遠(yuǎn)程控制以提高效率。在工廠(chǎng)自動(dòng)化中，存在各種類(lèi)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(duì)需要低成本傳感器和較長(zhǎng)電池壽命來(lái)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(chǎng)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(zhǎng)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(duì)電池壽命沒(méi)有限制。長(zhǎng)延遲時(shí)間限制可進(jìn)行的交易數(shù)量，故對(duì)低延遲有較強(qiáng)需求。NB-IoT更適合96選取合適的LPWAN物流托盤(pán)追蹤物流公司可以擁有自己的網(wǎng)