物联网应用中常用的无线通信技术有哪些？简述各种无线通信技术的特点及适用场景。
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发布时间：2025-04-01 10:17:21
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答案：【计分规则】: 无线通信技术很多，如NFC、BLE、Wi-Fi、ZigBee、LoRa、NB-IoT 等。NFC信息通过射频中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递。内置NFC 芯片的手机相比仅作为标签使用的RFID 增加了数据双向传送的功能。实现安全、迅速的通信，传输范围较RFID 小，并兼容现有的非接触式智能卡技术。ZigBee在低功耗待机模式下，2 节5 号电池可支持1 个节点工作6～24 个月，甚至更长。ZigBee 的响应速度较快，从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只嵌入式系统原理与实践需30ms。工作在20～250kbps 的通信速率，分别提供2～250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。ZigBee 支持星形、树状形和网状形拓扑结构，星形拓扑每个设备只能和Coordinator 协调者节点通信，如果两个设备需要通信必须通过协调者转发；树状形拓扑中设备只能和它的父节点通信，路由信息是协议栈层处理的，整个路由过程对于应用是完全透明的；网状形拓扑具有类似树状型，只不过具有更多的路由和协调者，并具有更加灵活的信息路由规则。BLE 数据传输支持很短的数据封包（8～27 字节），传输速度可达1Mbps。使用调节性跳频，减少2.4 GHz ISM 波段其他技术的干扰。联机建立仅需3 毫秒，应用程序可快速启动、并以数毫秒的传输速度完成数据传输。使用AES-128 安全加密，采用24 位的循环冗余校验（CRC），为数据封包提供高度加密性及认证度。支持点对点、星形和网状网络结构如图11.6 所示。网状形拓扑中结构是建立多对多节点通信，节点可以直接或间接向一个或多个节点进行信息传递，拓扑中的转发节点可以选择特定路径或者通过受控泛洪转发消息送到范围内的节点。 Wi-Fi覆盖范围广，适合办公室及单位楼层内部的使用。通信带宽高，基本可满足各种应用需求。基础设施完善，组网简洁方便，兼容性、互操作性好。Wi-Fi 技术在结构上与以太网一致，可快速部署、无缝覆盖。Wi-Fi 使用ISM 全球开放频段，用户无须任何许可就可以自由使用该频段上的服务。LoRa 接收灵敏度高，高达157db 的链路预算使其通信距离可达15 千米（与环境有关）。接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，大大延长了电池的使用寿命。基于LoRa 技术的集中器/网关，支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。LoRa 网关是LoRa 节点与IP 网络之间的桥梁（通过2G/3G/4G 或者Wi-Fi/Ethernet），每个网关每天可以处理500 万次各节点之间的通信（假设每次发送10Bytes，网络占用率10%）。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm（100mW），那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2 千米，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10 千米。基于终端节点和集中器/网关的系统，可以支持测距和定位。LoRa 对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的信号强度RSSI （ Received Signal Strength Indication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5 米（假设10 千米的范围）。NB-IoT 基于移动蜂窝网技术，在室外和室内都具有很好的网络覆盖。通过降低芯片复杂度，减少终端监听网络的频度，采用长周期的RAU/TAU，减少终端发送位置更新的次数等技术来降低终端功耗，基于AA 电池，使用寿命可达10 年。采用180KHz 的窄带系统，降低基带的复杂度，提升了频谱效率；简化协议栈带来了Flash 使用量的减少，同时还使用低采样率，降低了RF 成本。
