物聯網（IoT）這個概念于1999年首次出現，它描述了一種使用互聯網來改善人類生活的智能設備網絡。在數字化實體世界中，物聯網技術的應用相當廣泛，市場潛能與商機龐大。

 以物聯網發展來說，2021年物聯網已在數個主要領域落地成形，如個人醫療、設備資安、公共城市及商業制造等領域，其中又以城市、家庭、制造與醫療發展最積極。

物聯網中的連接技術

 物聯網應用在本質上是關于設備或過程的遠程監控和管理。沒有連接，物聯網就不可能存在，物聯網生態系統中的設備只有連接到其他設備才能工作。目前有很多種技術可以提供這種連接，如圖所示。

 蜂窩、藍牙、Wi-Fi、Zigbee、LTE-M、LoRa、NFC等均是物聯網中最常見的通信技術和協議，這些物聯網通信協議滿足了絕大部分物聯網系統的特定功能要求。

 蜂窩通信是一個由電信運營商部署且覆蓋范圍廣、可靠性和安全性都很高的無線網絡，用戶無需再建一個全新的網絡來連接物聯網項目中的各種設備。蜂窩連接通常是高度移動的物聯網系統的理想選擇。隨著5G的大規模部署，跨廣域連接的物聯網設備（也稱為“大規模物聯網”，massive IoT）將成為現實，將跨廣域連接數千個物聯網設備。高數據速率蜂窩連接是數據密集型物聯網應用、高速移動設備和實時視頻流的完美選擇。在超大規模蜂窩物聯網白皮書中給出了這樣一組數據，到2026年底，蜂窩物聯網僅占所有連接的22%，算下來約有59億設備將通過蜂窩網絡實現連接。原因也很明顯，即：雖然蜂窩網絡能夠發送大量數據，尤其是4G和5G網絡，但對于許多應用來說，它的成本和功耗太高了。

 WiFi基于IEEE802.11的通信協議， 是一種允許帶WiFi功能的設備連接到一個無線局域網（WLAN）的技術，WiFi全稱Wireless Fidelity。大多數WiFi版本工作在2.4GHz免許可頻段，傳輸距離一百200米以內，具體取決于應用環境。流行的802.11n速度可達300Mbps，而更新的工作在5GHz ISM頻段的802.11ac，速度甚至可以超過1.3Gbps。目前一些工廠已經覆蓋了專用的WiFi網絡，對于這類應用環境，推薦使用WiFi通信方式；WiFi通信具有成本低，速度快等優點。

 藍牙是一種重要的短程無線通信協議，在計算機和消費品市場中占有重要一席，更是可穿戴產品中的關鍵技術。新的藍牙低功耗（BLE）是物聯網應用的重要通信協議，尤其適用于小型電池供電設備。支持藍牙的智能手表和健身追蹤儀可以將數據快速回傳，在智能手機上用戶就能很方便的查看相關信息。

 ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，是一種短距離、低功耗的、低成本無線自組網通訊技術。在國內ZigBee主要工作在2.4G頻段，共16個信道，理論的通信速率是250kbps；不同于其它無線通信技術，ZigBee的網絡拓撲結構主要有星型網絡和網狀網絡，網絡具備自組網及自愈能力，能夠實現多級中繼通信服務；它的特點是低功耗、自組網、節點數多。由于工作在2.4G頻段，同時受限于發射功率，ZigBee的通信距離一般在100m以內；多級的無線中間通信，也會降低整個鏈路的通信速率。

LPWAN：物聯網中重要的連接技術

 在行業內，LPWAN技術堪比一項革命性的物聯網接入技術，它具有低功耗、長距離、低帶寬、網絡結構簡單、運營成本低等特點。與蜂窩、Wi-Fi、藍牙、ZigBee等技術相比，LPWAN真正實現了物聯網的低成本廣覆蓋。LoRaWAN、NB-IoT、LTE-M或RPMA等均被歸類為LPWAN。其中，NB-IoT和LoRa是LPWAN中的主要技術，也是大規模物聯網應用的首選技術。

NB-IoT

 窄帶物聯網（NB-IoT）是IoT領域的一項新興技術，它能夠以低成本實現廣泛的物聯網連接，拓寬了物聯網的潛在應用。根據愛立信Mobility Report November 2020的報告，接下來，NB-IoT/Cat-M（Cat-M1也被稱為LTE-M）將出現爆炸性增長，從2020年的近2億個聯網設備增長到2026年底的約26億個，占所有蜂窩物聯網連接的45%。

 高通公司是較早推出NB-IoT芯片的企業，早在2017年3月發布并于5月底量產的MDM9206芯片便是一款用于LTE物聯網且支持多模式的芯片，它集成了MTC、NB-IoT和GPRS三種技術。該芯片支持全球Cat-M1和Cat-NB1 LTE的所有頻段，集成GPS、GNOSS、北斗和伽利略全球導航衛星定位服務，實現了低成本、低功耗、低帶寬、廣覆蓋的物聯網產品和服務。

 緊隨高通，一年后，Nordic也向業界發布了其首款NB-IoT/LTE-M雙模芯片和模組nRF91系列，并且成為繼Altair、Sequans和高通公司之后第四家發布商用NB-IoT芯片的跨國公司。Nordic的nRF91系列是一款支持3GPP R13規范的LTE-M/NB-IoT雙模芯片，其中的nRF9160 SiP是業內率先采用ArmCortexM-33 CPU內核的NB-IoT模塊，具有1MB閃存和256kB RAM板載內存。nRF9160 SiP還是首個將Arm當時最先進的Arm TrustZone和Arm CryptoCell安全功能融入互聯網級加密和應用保護中。這些技術都是設計用于高能效，并且在運算能力、功耗和安全性方面要求超高性能水平的嵌入式IoT產品。nRF9160 SiP模塊的尺寸僅為10 x 16 x 1mm，適用于非常緊湊的可穿戴消費產品和醫療設備，主要應用包括資產監控和跟蹤、公用事業計量、工業和預測性維護、智慧城市和基礎設施、智慧農業和醫療等。

LoRa

 LoRa是主流的LPWAN通信技術，它是一種基于調頻擴頻技術的超長距離無線傳輸方案，充分考慮了距離和功耗，為用戶提供了電池壽命長、傳輸距離長的簡單傳感器網絡。LoRa傳輸信道的帶寬為157dB，理論傳輸距離可達15km，工作電流僅為10mA，待機電流為200nA，功耗非常低，有利于延長電池的使用壽命。LoRa的網絡頻段基本上是世界上的自由頻段，這些頻段是433Hz、868Hz、915Hz等。LoRa的終端節點是各種物聯網設備，例如智能抄表、智能電表、快遞跟蹤器、牧場管理器等。

 據2022年12月初最新的市場消息，Semtech LoRa生態合作伙伴深圳矽遞科技攜手物聯網方案商Stal Data公司，在位于荷蘭的集約式養豬場部署了基于LoRaWAN協議的SenseCAP環境監測設備，對養豬場內二氧化碳濃度、氨濃度，以及溫濕度等各種環境參數實現了遠程監測，并通過在線直播實時展示豬群的生長情況，在大幅提升生產效率的同時，食品安全的透明與可追溯性也有了保證。目前，LoRa已經擁有成熟的生態鏈，預計未來幾年將保持快速發展。

 LoRa是專為長距離和低功耗應用場景開發的無線通信技術，它在物聯網應用中的發展與每個LoRa終端設備中的LoRa模塊密不可分。Microchip公司的RN2483是一款基于LoRa技術且經過全面認證的868MHz模塊，在Sub-GHz頻帶內使用獨特的擴頻調制，以實現長距離、低功率和高網絡容量。該模塊的嵌入式LoRaWAN協議支持無縫連接到任何符合LoRaWAN的網絡基礎設施。RN2483還是一款率先通過LoRa聯盟認證測試的LoRa模塊，它通過了LoRaWAN 1.0.1規范的認證，確保設計者能夠快速輕松地將其終端設備集成到任何LoRaWAN網絡中。其中，RN2483A-I / RM104-LoRaWAN規范1.0.1，適用于A級應用；RN2483A-I / RM105-LoRaWAN規范1.0.2，支持A級和C級應用。

物聯網通訊技術發展趨勢

 TrendForce資深分析師曾伯楷指出，傳統物聯網多以感知層、網絡層、系統層與應用層作為架構堆棧，受物聯網設備連線技術與標準各異的影響，通訊技術成為物聯網架構中相當重要的一環，從蜂巢式的4G、5G、LTE-M、NB-IoT，到非蜂巢式的LoRa、Sigfox、Wi-Fi、Wi-SUN等，從智慧城市、工廠、家庭乃至零售店面皆被廣泛運用，范圍也從地表拉升至太空，近期衛星通訊也漸成物聯網重要的通訊技術之一。

 短距離通訊及長距離通訊各有優劣勢。常見的長距通訊多為低功耗廣域網路技術(LPWAN)，藉低成本、遠距離、低功耗等通訊特性，在物聯網諸多應用場景中成為最適切的通訊技術之一。短距離通訊則以智慧家庭或封閉場域的連線為主，包括行之有年的Wi-Fi、藍牙等，成本、功耗較高，傳輸速度快而且流量大。

 基本上，長、短距通訊因場景與需求較為分明，所以采用選擇較為明確，主要挑戰在于各技術皆能重疊應用的垂直領域，有諸多層面會影響廠商抉擇，成本是最直接的考量因素，或者是來自于芯片商與標準制定話語權的角力，進一步延伸為聯盟、生態圈等如何壯大，以吸引更多軟硬件開發商采用。

結語

 物聯網應用中有兩種主要類型的無線技術。一種是短程無線技術，如藍牙 / Wi-Fi / ZigBee / NFC，藍牙或NFC等個人區域網絡（PAN）的范圍為一米或兩米，用于連接耳機等個人設備，其中的NFC（近場通信）也是一種物聯網技術，它實現了電子設備之間的簡單和安全的通信，這些短程無線技術中部署極為廣泛的是Wi-Fi，幾乎普遍部署在住宅和企業環境中；另一種是構成廣域網的技術，如2G / 3G / 4G / 5G。每種技術的優點和缺點都很明顯。LPWAN是一種面向物聯網遠距離、低功耗要求的物聯網網絡層技術。在LPWAN之前，在遠程和低功耗之間通常只有一種選擇。使用LPWAN后，人們無需在二者之間再做權衡了，LPWAN除了實現遠距離通信和超低功耗外，還可以節省額外的中繼成本。

 LPWAN是物聯網不可或缺的一部分，它具有靈活和可擴展的特性，網絡規模可大可小，這是物聯網行業成長和探索階段所必需的，據稱也是極為適合物聯網的無線通信技術。根據Facts and Factors的預測，2021年全球物聯網設備市場規模為15.295億美元，預計到2028年將增長至27.2442億美元，預測期內復合年增長率（CAGR）約為10.10%。蓬勃發展的物聯網產業也一定會帶火其中的關鍵技術。目前，LPWAN中的兩大物聯網網絡NB-IoT和LoRa正在快速發展，未來前景可期。

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