浅谈物联网的接入技术、无线覆盖范围、频段通信标准

在当前连接“物”的世界中，有大量有线和无线接入技术可以提供使用或者在开发中。在回顾这些接入的技术之前，讨论一下各种用例的使用方法和对应标准是很重要的。

无线通信目前在智能对象相互连接的世界中非常流行的，其主要目的是为了简化物联网设备的部署，并且同时允许智能对象的移动，在不丢失连接的情况下改变位置。本文将讨论这一点，并在使用时还会提到有线连接的注意事项。

覆盖范围

针对信号需要传播多远、覆盖多广、室内部署与室外部署的区别这些问题最简单的方法就是通过用法来对技术进行分类，如下图所示，将这些划定范围。

本文仅针对市面上运用较广，并且相对成熟的技术来进行讨论。

短程：为典型的有限串行电缆。

无线短程的通讯技术通常是被认为串行电脑的替代品，两个设备之间的通信可达到10米。短程无线技术包含IEEE802.15.1蓝牙和IEEE 802.15.7可见光通信。这些短程通信方法只适用于在小范围空间内进行安装部署。在某些特定情况下，他们还显得不够成熟，目前来说还无法用于针对生产的部署。

中程：这一范围是物联网接入技术中的主要范畴。

在几十米甚至上百米的范围内，已经出现了许多案例规范与实现方式。两个设备之间的最大距离一般来说小于一公里，但是只要无线电信号在一定的规则与范围内发射和接收，RF技术理论上来说是没有实际意义上的最远距离的限制。在中程无线中所使用的技术包括IEEE 802.11 Wi-Fi、IEEE 802.15.4和802.15.4g WPAN。根据物理的介质特性，IEEE 802.3以太网和IEEE 1901.2窄带电力通信（PLC）等有线技术也可分为中程技术。

远程：远程即在两台设备之间通讯超过1公里时所使用到的通信手段。

无线的常见案例有蜂窝数据（2G、3G、4G、5G）和一些在户外所使用的广域（LPWA）技术应用。LPWA通信技术能够使得在设备不消耗大量电力能量的前提下实现大面积广域通信。因此，在使用这些技术的设备上配备电池是目前最为理想的远程传输方案。

对于无线部署，以规范或者产品描述的方式来表达设备最大覆盖范围，通常是以传输条件最优极限得出。在实际环境中，规划者应考虑到设备当前所覆盖的所有场景，然后结合现场实地勘探，了解实际情况后，得出规划场景和对应产品，例如在新建的建筑物上可能会出现信号传输问题，此时应该考虑使用抗干扰相对较强的中程传输进行物联网设备之间的通信。

频段

在世界范围内许多国家和组织对无线电频段的规则和传输提出了要求。例如，在频段的一部分被分配给各个种类和行业的远程通信中，如在广播、电视、军事中。

各种通信用途的频段通常被视为一种关键的资源。比如，通过检查各大运营商的蜂窝频段许可证支付的成本来实现和了解这些频率的价值。

拓扑结构

目前拓扑结构主要有3种方案占据主导地位：星型、网状、点对点。在远程和短程通讯中流行使用星型的拓扑结构。

如下图所示，对于中程技术，星型、点对点和网状拓扑都是比较常见的。点对点拓扑允许任何设备之间进行连接与通信，只要在通信范围内设备之间都可以进行。显然，点对点拓扑依赖多个设备。点对点拓扑的结构也更为复杂，就如网状拓扑。

能耗

物联网的设备定义非常的广泛，但是在供电的方式和节点上却是有着明确的边界划分。供电的节点一般与电源直连，通讯目前不受功耗标准的限制。但是，电源的可用性限制了设备的部署，提升可部署性，使得电源能源受到巨大的挑战。

物联网无线的接入技术需解决的难题就是能源的高效利用。设备越能高效地利用能源就越能够在市场的竞争中获得优势。这也导致了无线设备领域的进化——低功耗广域网络（LPWA）。显然，能源利用与消耗已经成为新的发展赛道。

受限设备

目前，对物联网节点进行分类是一项艰难的任务，但随着计算机、设备内存、电源方案的不断发展，RFC 7228给出了部分受限节点的定义标准。这些定义有助于区分节点的受限状态和不受限状态。比如服务器、台式计算机、智能手机等。

受限节点现阶段只有对其网络和功能的限制。因此，部分类别的节点无法互补性IP堆栈。根据RFC 7228，受限节点可细分为（如下图）类。

上述通信标准，简单介绍了物联网中的接入技术、无线覆盖范围、频段、功耗、网络拓扑及受限设备。根据特点挑选合适的应用场景是关键。

编辑：黄飞