笔者结合在公司做物联网相关项目的经验，整理出相关知识分享给大家。 文章主要介绍了与物联网相关的通信技术以及选择物联网通信技术的一些注意事项。 希望对想了解物理网络通信技术或者正在做这方面选型的朋友有所帮助。

相信很多人都听说过“云管道终端”这个词。 “云”是指在云端为终端提供服务和支持的设备和软件。 “端”是指那些可以通过网络连接到云端的设备（如：手机、电脑、传感器、执行器、家电等终端产品）。 “管”就是连接云端和端部的管道，也就是本文提到的物联网通信技术。

在物联网行业，除了“云管端”，“边缘计算”这个名词也广为人知，不过今天我们主要聊聊物联网的通信技术，我们就来说说边缘计算等我们有空的时候。

一、通信技术概述

首先，根据各种通信技术的应用和特点，我做了一个简单的划分，如下图所示：

WIFI、UWB、蓝牙、RFID都是短距离通信技术，都可以用来搭建私有网络（搭建私有网络是为了支持多设备协同边缘计算的需求，后面会讲到). 其中WIFI、UWB和蓝牙都是通信速率比较大的技术，可以用于音频、视频或图片的传输。 与RFID相比，通信速率要低得多，但它们各有优势，我们将在后面详细说明。

4G、NB-IOT、LoRa、ZETA、Sub-1Ghz（Sub-1Ghz一般指1Ghz以下的通信）被认为是传输距离比较远的广域网技术。 就是要建设这种网络，需要相关的牌照。 当然，用户使用运营商的网络是需要付费的。 同时，由于不支持建立私有网络，也无法通过私有网络实现多终端协同边缘计算。

LoRa、Sub-1Ghz、ZETA等广域低频通信技术更适合物联网通信场景。 企业可以自建专网，而且都是免费频段，无需申请相关牌照即可使用。

二、物联网通信技术选择应考虑的因素

上面介绍了几种通信技术。 下面，我们介绍在选择通信技术时需要考虑的几个要点。 下图相关技术参数表供大家参考（虽然一些可变因素会影响相关参数，但还是有参考价值的）

1. 覆盖范围

覆盖是指节点（终端）和网关（基站）的有效通信范围，是通信技术的重要指标。 物联网的应用通常具有数据量小、设备数量多、分布分散的特点，因此覆盖是一个非常重要的因素。 覆盖面积越大，需要的基站越少，基站和部署的成本和难度都会大大降低。 你可以算算假设300元的蓝牙基站可以覆盖50米，5000元的LoRa基站可以覆盖3000米，那么如果你想要的话，需要用多少个蓝牙基站覆盖3000米的范围？ 部署成本是多少？ （注：这只是覆盖率做出的假设，不会只考虑一个因素）

从上面可以看出，LoRa、NB-IOT、ZETA的覆盖范围在几十公里以内，蓝牙在100米以内。 如果你的应用场景需要覆盖面广作为硬指标，那么后两者就不用考虑了。 从上图可以看出，通信频段越低，覆盖范围越大。 这主要是因为频段越低，在空气和物体中传播时衰减越小，反之亦然。

2.通讯速率

通信速率是节点或网关在一定时间内可以传输的数据量。 假设网关的通信速率为（1280字节），传感器的数据为8字节。 也就是说，这个网关或节点每秒最多可以发送和接收1280字节/8字节=160个传感器的数据。 当然，这只是一个理论值，实际会受到避免数据冲突、数据传递等因素的影响。 通信速率与网关的通道数有关，通道数越多，速率越高。

在常见的通信技术中，速率越高越好。 但是在物联网行业本身，并没有特别大的数据量需要传输。 因此，在考虑通信速率时，主要考虑的是一个区域内有多少台设备？ 会产生多少并发数据？ 什么样的通信技术网关可以承载这些号码，选择合适的通信技术并保留一定的冗余即可。

3、通讯频段

频段是指电磁波的频率范围，单位是赫兹。 我们常说的2.4G或者其实是指频段。 无线电频段有两种类型：免许可和免许可。 比如WIFI用的2.4G和5G，LoRa在国内用的470~都是免牌照的频段，我们可以直接免费使用。 还有一些频段是国家管控的，需要向国家申请才能使用。 因此，我们在选择频段时，需要考虑频段是否需要授权。 如果是非授权频段，我们还需要测试该频段是否拥挤？ 以及如何处理同频段的干扰问题。

无线电的频段越高，数据传输速率就越高，当然功耗也会相应增加。 物联网行业的很多设备通常数据量都比较小，而且都是靠电池供电，所以需要尽可能的降低设备的功耗。 比如WiFi这种大功率通信技术，使用场景非常有限，通常只用在小范围内的有源设备上。

4. 运营商网络&专网

运营商网络是指由中国联通、中国移动、中国电信等公司建设的通信网络。 此类网络的网关由运营商建设。 因此，不可能通过这种网络实现本地设备的局域网通信，也不可能实现本地多数据源。 边缘计算。 运营商网络覆盖面积大，信号稳定，用户接入后可立即使用。 当然，通讯费是需要交的。

第一张图中楼宇自控系统拓扑，除了运营商网络的4G和NB-IOT之外，LoRa、WiFi、蓝牙、ZETA、RFID等技术都可以构建私有局域网。 此类网络需要用户搭建网关网络。 与运营商网络相比，这类网络不需要通信费用，还可以利用其局域网特性实现本地多数据源的边缘计算。 但基站部署和维护成本较高，需要根据业务场景考虑哪种组网方式更合适。

对于数据量小、设备分散、不固定的共享单车等应用场景，最适合使用运营商的网络，但如果是站点固定、设备集中或数据源多、规模大的边缘计算场景数据量大，那么搭建专网比较合适，这样会节省大量的通信成本，数据响应速度也会更快。

5、功耗

功耗一直是物联网行业的权衡和头痛问题。 除了上面提到的频段越高、传输速率越高、能耗越高外，还有一个影响功耗的因素就是通信协议。 WIFI等通信协议相对复杂，会保持长期连接，因此耗电量较大。 LoRa、NB-IOT等技术的通信协议简单、消息长度短，具有多种工作模式。 可根据应用场景调整工作模式，达到降低功耗的目的。

6. 单跳&多跳通信

如上图所示，单跳通信方式为节点-网关-云，也就是说节点的数据通过网关直接上云，网关之间不能路由转发。 这样，单个网关的信号范围就是它可以使用的范围。 如果要覆盖更大或更远的范围，只能增加网关，但每个网关都需要连接以太网才能将数据发送到云端，所以网关的组网成本和复杂度高，而且地方部署网关的地方必须有供电和网络覆盖。

多跳通信方式是节点-网关-中继-云架构，即数据可以在网关和中继之间进行路由，最后通过一个网关将多个中继终端的数据上传到云端。 这种多跳方式可以通过增加中继覆盖更大或更远的范围，只需要一个网关就可以具备将数据上传到云端的能力。 这样中继设备只需要有电源，甚至可以用电池供电，部署成本和难度都会大大降低。 这种方式最适合的应用场景是高压线的通信等大范围、小数据量的应用，因为一般的高压基站都是假设在开阔的田野或者山区，并且相互连接起来比较麻烦。 对于通信来说，只要一个网关可以连接到云端，就​​可以带动多个网关的数据上云。

LoRa等通信都是单跳通信，而ZETA、WIFI、蓝牙等通信都是多跳通信。 在使用多跳通信时需要注意的是，云网关的通信速率直接限制了云网关通过它的总通信速率。

3. 物联网常用通信技术详解

有许多通信技术。 下面列举几个比较适合物联网应用的，详细分析一下它们的特点和适用场景。

1. 罗拉

LoRa是法国公司开发的一种长距离调制技术，后来被美国（盛特）公司收购。 它的特点是传输距离更远，是基于线性扩频（CSS）的变体，具有前向纠错（FEC）能力，具有较高的接收灵敏度和抗噪声能力。 在中国，LoRa工作在470~的免费频段。

它是一种基于LoRa的通信协议。 与LoRa相比，它不仅包括了物理层的定义，还包括了数据链路层的定义。 LoRa可以通过扩频因子（SF）来调整通信速率和距离。 扩频因子越大，传输越大；速率越低，传输距离越远。 这就好比一辆摩托车，用同样的油量，可以跑得又快又远，但是载重很小，而卡车可以装很多东西，但是跑起来会慢一些，而且距离很短。 因此，在设置扩频因子时，需要根据数据量和传输距离进行权衡。

单通道实际速率约为0.3~。 目前国内常用的终端芯片有两种，网关芯片有两种： 、 、 等。 其拓扑结构为星形拓扑结构，即每个网关通过网络向中心服务器传输数据，节点同时向多个网关发送数据，由中心服务器进行冗余检测等处理。 它的网关容量主要取决于并发数据的大小。

它具有A型、B型和C型通信方式。

终端双向通信（A类）：

节点可以随时向网关发送信息。 发送后会打开两个持续时间较短的接收窗口，接收网关下行数据。 这样就实现了上下行通信。 这样，节点会在需要时随时向网关发送信息，而不会与网关通信来确认发送信息的时机。 这种方式的优点是通信逻辑简单，不会因为与网关确定数据上报时间而增加通信次数和造成功耗，但这种方式会遇到数据冲突的问题。 这种方式适用于只上报数据、不需要精确执行指令、对功耗敏感、可以接受一定量数据丢失的传感器，适用于电池供电的设备。

具有特定时间接收窗口的双向通信（B 类）：

Type B 模式在Type A 模式的基础上增加了更多的接收窗口用于接收数据。 Type B 模式将通过接收网关发送的信标来完成时间同步。 基于时钟同步，会在特定时间设置开启更多的接收窗口，网关可以根据开启的窗口时间主动向节点发送数据。 这种方式适用于除了被动接收数据和发送数据外，还需要在特定时间发送数据的节点。

最大接收窗口通信（C 类）：

在type C方式中，除了发送数据的时候，其他时间接收窗口都是一直打开的。 这种方式最耗电，但服务器可以随时发送数据，数据延迟最小。 通常这种方式适用于需要随时接收数据和指令的有源设备或执行器。

综合以上信息可知，它是一种覆盖面广（十几公里不屏蔽，几公里屏蔽）、低功耗、十几kbps传输速率、免费专网的通信技术。 结合这些特点，我们可以分析出，它们大多用在数据量小，设备分布范围广，需要自建专网的场景，比如农业监测，环境数据采集，以及市政设备状态报告。

2.关于功耗

影响功耗的因素有很多，比如通信类型、扩频因子、数据大小、通信间隔、电池容量、传感器本身的功耗等等。之前看了很多文章说LoRa可以用XX年，但是上面的效果根本就没有提到。 对于待机时间这些参数，这种没有参考价值的数据还是不要看为好。 以下功耗参数是我朋友实际项目的数值。 虽然缺少通信方式、扩频因子、数据间隔、传感器本身的功耗等因素，但还是有一定的参考意义。

3. 窄带物联网

NB-IOT是一种低功耗、广覆盖的物联网通信技术。 它建立在现有的蜂窝网络之上，占用一个频段。 只要开放频段，就可以直接部署在GSM网络、UMTS网络和LTE网络上。

中国联通和中国移动在频段部署，中国电信在国内部署。 传输速率大于或小于，采用双半双工方式。 覆盖范围与LoRa基本相同。 郊区可达十几公里，市区可达数公里。

在低功耗方面，主要优化通信协议，减少不必要的通信数据，采用休眠机制来节省功耗。 NB-IOT属于授权频段，不能搭建专网，所以没有详细了解它的功耗和实际通信速率。

由于NB-IOT可以部署在现有的蜂窝网络上，在一二线城市基本覆盖。 NB-IOT比较适用于数据量小、功耗低、设备面积广、设备移动性强的场景。 OFO采用NB-IOT通信方式，正好满足其数据量小、功耗低、设备占地面积小的特点。 对位置的大量和不断移动的需求。

3.泽塔

ZETA是上海纵兴在非授权频段推出的LPWAN（低功耗广域网）标准。 该标准使用 UNB（超窄带）多通道通信。 在传统LPWAN的穿透性能基础上，进一步通过分布式接入机制实现快速部署。 网上关于 ZETA 的资料相对较少。 去过一次，了解到它的特点是2KHz的超低频段（没记错的话）。 除了功耗低之外，通信协议有点类似于LoRa和ZETA的结合。 它可以实现多跳的ad-hoc网络，分配和确认通信时间等机制。 继电装置可用电池供电，可实现一年以上的工作时间。

4.

上面说了广域网的物联网通信技术，我们再来看看局域网的通信技术。

WIFI、蓝牙等常见的局域网通信技术在物联网中也有应用。 由于这两种技术比较常见，我们就不多说了。 我们将主要看通信解决方案在物联网中的应用和特点。

它是一种基于.15.4协议的低功耗短距离无线通信技术。 主要工作在2.4GHz和2个频段，通信速率分别为250kb/s、20kb/s和40kb/s。 连接设备数理论上可以达到6万台以上（实际连接设备受通信速率限制，无法达到理论连接设备数）。 常规通信范围约为20米。 作为一种物联网通信技术，它还具有低功耗的特点。 低功耗待机模式下，两节普通AA干电池（5000~）可使用6个月以上（此参数仅供参考，未获取各种影响功耗的详细情况）。

因为是免费授权频段，所以可以搭建私有网络。 同时还支持多跳通信，即一个设备可以接收数据，也可以转发数据，这样就可以通过中继设备将数据转发给可以通过多跳上云的网关。 在信号较弱的地方，可以通过增加中继设备来提高覆盖范围和信号强度，而无需增加可以将数据上传到云端的网关。

除了以上特点外，它还具有双向确认的特点，即受控设备收到命令后会将执行结果反馈给控制设备（类似于MQTT协议），控制设备发送命令后也会监听是否收到反馈信号。 接收意味着数据发生冲突，控制设备会重新发送命令，实现命令的绝对执行。 这对于控制设备非常友好。

听说小米有“有源设备用WIFI，无源设备用蓝牙”的说法，不过现在小米和云顶也在用。 我觉得正是因为低功耗和高速率（相对于LoRa），完全可以满足家庭监控设备和执行设备的通信需求，同时解决信号盲区多个房间，并通过中继建立一个私人网络。 只有小米和云顶会用，特别是低功耗，可以建私网的特点。 不知道小米会不会给小爱同学加一个模块，让它实现指令的本地存储和执行。 毕竟网络还是比较常见的，如果这些指令能够在本地进行处理和执行，对于物联网设备的稳定运行也是非常重要的。

3. 最后总结

LoRa、ZETA、SUB-1Ghz：适用于工程大、面积大、设备多、数据量小、设备固定的场景。 例如楼宇、城市的设备状态监控、环境监控、远程控制等，或者农业环境、设备监控等，以及需要专网的应用场景。 LoRa在协议、规范、生态等方面都比较成熟，适用于大部分企业。 ZETA还处于成长期，在协议上有一些优势。 如果用的话，整体生态不是很丰富，成熟的解决方案也不多。 SUB-1Ghz需要自己开发通信协议，工作量比较大，而且很难扩展其他品牌的设备，所以一般公司没有太多精力去造轮子。

NB-IOT：适用于移动性强、设备分散、设备数量多、数据量小、设备独立、无多设备协同的运行场景。 例如移动物体或车辆的监控、低精度定位、楼宇和城市的设备状态监控、环境监控、远程控制等场景。 三大NB-IOT运营商均已布局一二线城市。 生态和解决方案都比较成熟，没有建设基站的麻烦和成本，但需要像手机一样支付通信流量费用。

4G：适用于数据量大、功耗不敏感、移动性强、偏远地区等场景。 例如车辆的通信定位、铁路的监控、没有其他物联网通信覆盖的区域，以及一些设备数量较少不值得建设网关的站点。

、蓝牙、WiFi：适用于面积小、数据量大、设备固定、设备数量少、需要多设备联动操作的场景。 比如智能家居、独立小店等小范围内的场所。 比较适合以上场景。 其功耗、通信速率适中，协议完整稳定。 它可以通过多跳覆盖一个中型站点。 蓝牙方案成熟，但功耗有点高，长连接数太少。 WiFi太耗电，在无源设备中基本用不上，但是通信速率很高。

不同的场景和需求使用不同的通信技术。 在选择机型时，可以先列出硬性指标，然后在这个范围内做有限的调研和选择。 比如我们在选择的时候，两个硬指标就是大覆盖和搭建专网的能力，所以像NB-IOT这样的，基本没必要浪费时间纠结。

近日，全球权威分析机构Frost&基于亚太地区特权访问管理/堡垒机（PAM）市场调研，发布了《2019年亚太特权账户管理/堡垒机市场研究报告》。

报告显示，安恒信息堡垒机产品凭借在网络安全领域的产品转型速度和标准化产品的销售规模，在2018年亚太地区市场份额排名中位列第一，并列第一。国际知名PAM厂商，在中国（含港澳台）市场占有率排名第一。

Frost&认为，就市场规模而言楼宇自控系统的品牌及占有率，特权账户管理/堡垒机产品是符合合规要求的重要产品，市场需求增长迅速。 2018年中国达到1.09亿美元，增长率为21.5%，占亚太地区总份额的10%。 52.7%。

市场预期方面，未来三年，随着“等级保护2.0”的落地和新兴市场的崛起，中国特权账户管理/堡垒机产品市场将保持较高增速。 2023年中国将达到2.04亿美元，五年复合增长率为13.4%。

从市场结构来看，2018年中国特权账户管理/堡垒机产品市场中，本土化产品的部署依然占据绝对优势地位。 此外，政府、金融、电信等关系国计民生的重点行业也更加重视安全审计。 一方面是为了满足合规要求，另一方面，他们对运维管理有更高的要求。 其中，政府行业占市场总规模的26%。

安恒堡垒机关键词：让运维更简单、更安全、更高效

自2011年推出以来，安衡堡垒已售出4万多套产品。 产品广泛应用于政府、金融、企业、运营商、互联网、教育、医疗、央企、军工、保密等重要行业，并销往亚太地区，包括中国大陆近千家客户，香港、台湾、韩国、新加坡、印度、巴基斯坦及东南亚。 今年，它将逐步销往全球市场。

安恒堡垒机以其独特的优势和特点成为市场的首选。 从2016年市场份额排名第三，2017年市场份额排名第二，2018年亚太地区市场份额排名第一。

亮点包括：

1、支持中文/繁体/英文：支持三种语言自由配置和切换，满足不同地区用户需求，促进全球销售；

2、内置SSL VPN：首创内置VPN模块，保障远程访问安全，支持单点登录，为客户提供更安全、更高效的远程运维解决方案；

3、混合云管理：独创混合云管理解决方案，为客户提供多地域、多云环境下更便捷、更高效的运维安全解决方案；

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6、运维数据安全：支持数据文件传输双向控制，提供重要/核心服务器下载控制，满足敏感数据不落地要求，有效防止数据泄露。

经过10年的匠心积淀，安恒堡垒的快速成长，离不开广大客户的信赖与支持。 未来，安恒信息将在技术上不断创新突破，坚持做最懂用户的堡垒机产品。