隨著物聯網（IoT）應用的不斷擴展，支持這些應用的無線技術也在不斷涌現和演變。由于相關的無線技術有很多可能選項，而且還在不斷更新和進一步添加，因而很難跟蹤這些無線技術。本文將全面概述與物聯網相關的各種無線技術，包括一些新興的和已有的協議。

藍牙信標

藍牙5于2016年12月推出，它采用藍牙低功耗（BLE）模式，并引入了可選的新接口，將之前的最高數據速率翻倍至2Mbps。其更快的數據傳輸素率意味著在低能耗模式下需要較高的傳輸功率（+20dB），但因為數據傳輸時間要少得多，總體上仍然節省了功耗。使用2Mbps模式可能會縮小傳輸距離，但由于藍牙5的理論作用范圍大約是藍牙4.2 BLE（最高為近244米）的四倍，因此它仍然是一項重大改進。

藍牙5標準現在已經使信標性能有了顯著提升。以前數據有效負載限制為31字節，但藍牙5支持最高255字節/數據包的有效負載，這意味著信標可以在單個廣播消息中發送更多信息，因此用戶的設備不需要一個app或Internet連接即可訪問。藍牙5的廣播效率提高了八倍，能夠支持更多設備。因此，信標可以用于覆蓋整個建筑物，能夠用于家庭和商業自動化系統。藍牙5還可以支持質量稍低的視頻和音頻流，以及高容量數據（例如用于傳輸圖像）的短脈沖串。

Thread網絡

Thread網絡的構建旨在支持強大的物聯網基礎設施，并成為智能家居的標準。然而，這種低功耗網絡技術的進展有些不夠連貫。Thread Group成立于2014年，吸引了一些大牌廠商加入，但并沒有獲得相應的市場推動力。去年8月，蘋果公司（Apple）加入了該組織，人們普遍認為蘋果公司將在其HomeKit配件和控制設備中采用Thread技術。但是，目前還沒有關于這方面的消息。

Thread網絡技術優點是，如果一個節點發生故障，其他各個節點仍然可以相互連接。此外，它可以通過多個跳數（hops）支持超過250個設備，并且功率效率如此之高，使用AA電池運行的設備可以持續工作多年。這意味著由電池供電設備組成的Thread網絡在斷電期間仍然可以正常工作，對于安全和監控應用來說是一個重要優勢。這還由于所有Thread傳輸都是端到端加密，適用于低功耗設備。雖然ZigBee和Z-Wave也采用了AES加密，但Thread還采用了銀行級公鑰加密來備份。

在1月份，ZigBee聯盟和Thread Group完成了Dotdot 1.0規范和Dotdot-over-Thread認證計劃，使兩種相互競爭的網絡技術可以實現互操作，并加速這兩種技術在目前處于分段化的家庭自動化市場中的應用。之后在2月份，Nest成為Alphabet的第一個“其他投注”，將其重新納入谷歌（Google），成為制造Pixel智能手機和Google Home揚聲器硬件部門的一部分。該部門負責人Rick Osterloh談到這一舉動時表示：“我們的目標是增強Nest的愿景使命：用Google的人工智能和核心助理（Assistant at the core）構建一個更加周到的家庭。”

Thread的使命是使設備能夠在沒有類似Google智能助理（Google Assistant）等中間設備的情況下相互通信。盡管如此，它很可能仍然是其中的一部分，因為它能夠提供很多東西，而Nest（提供直接支持Thread的少數幾種產品中的兩種）使用Thread、Wi-Fi和藍牙的組合與設備進行通信。確實，只有極少數產品內置有Thread，這是設計所致，因為任何基于802.15.4協議的設備都可以下載軟件以獲得對它的支持，因此它不一定是障礙。

LoRaWAN

LoRa代表“遠程”，與大多數開創性的非蜂窩低功耗廣域網（LPWAN）協議一樣，LoRaWAN運行在工業，科學和醫療（ISM）頻段。這些頻率是國際上為這些領域的組織機構保留，可以免費使用，并且可以避免移動通信網絡的干擾。典型應用包括資產跟蹤、供應鏈、農業、智能城市、智能建筑、家庭自動化和智能計量等等。安裝不需要布線或電源，因為這些設備采用電池運行，而且能夠持續運行長達二十年。

LoRa聯盟負責更新和定義LoRaWAN協議，以確保設備和網絡之間的互操作性，它是一個非營利性的協作機構，擁有500多名成員單位。該聯盟聲稱，LoRa部署在2018年增加了60％以上，去年安裝了近8,000萬個支持LoRa的終端節點。

由于LoRaWANs可以穿透密集的建筑材料，因而可廣泛應用在建筑物內，這種信號能夠進入地下室和其他地下場所，并且傳輸范圍可達10km。完整的AES-128加密使其比Wi-Fi更安全，并且憑借單個網關即可覆蓋整個建筑物或地下停車場的整個物聯網系統，因而需要的網關數量也比Wi-Fi更少。LoRaWAN通過編碼數據包依賴于不同的頻率信道和數據速率，因此消息不太可能發生沖突，從而增加了網關容量。一個網關可以支持數百萬條消息，使LoRaWAN適合公共網絡運營商同時關照許多客戶。

批評人士稱，LoRaWAN并不是一個真正的開放系統，因為其堆棧在很大程度上依賴于Semtech的芯片組（該公司于2012年從法國公司Cycleo購買了該技術）。由于蜂窩物聯網技術已經開始進入市場，許多已有的LPWAN協議（例如LoRa和Sigfox等）因其專有性質可能在較長時期內相悖。但它們是由電信公司開發，因此具有這些公司（及其廣泛的全球基礎設施）的實力。

表1：物聯網行業中各種無線協議概述。

LTE-M

LTE（Cat-M1）通常簡稱為LTE-M，它是第一個為低功耗、低成本物聯網應用而設計的基于LTE的協議，LTE-M采用1.4 MHz（而不是20MHz）頻譜，平均上傳速度介于200kpbs和400kpbs之間。使用20dBm的發射功率，電池可以持續使用十年。在省電模式（PSM）下，節點可以“深度睡眠”，但仍在網絡中注冊，或者“定期喚醒”，這種模式稱為擴展的非連續接收（EDRX）。

目前有大量LTE-M工業物聯網使用案例正在被開發，包括聯網車輛、車隊/資產管理、智能運貨平臺（smart pallets）、集裝箱監控和智能貨架等等。在某些情況下，設備每天傳輸多次數據，而在另一些情況下則只傳輸一次。對于某些應用，只有在達到某個閾值（如預定義的溫度）時，設備才會“喚醒”。

終端設備在沒有網關的情況下能夠連接到網絡，從而降低了成本。此外，運營商不必更換天線，只需更新軟件即可。終端設備與“完全的”LTE設備相比，其價格更低，因為芯片制造成本更低，僅僅需要支持帶寬更窄的半雙工。服務成本也比較便宜。這可以歸結為低比特率，而且周期性通信占用的網絡容量很小。另一個部署選項可能是采用藍牙等短程連接，以用于LTE-M回程上的資產追蹤。

NB-IoT

NB-IoT（Cat-M2）的目標與LTE-M類似，但使用低帶寬信號在GSM和LTE網絡內通過利用任何給定時間未使用的帶寬進行通信。可能的應用包括智能停車、動物跟蹤、智能計量、零售、自動售貨機、火災傳感器和智能照明，以及監測污染、土壤酸度和濕度水平。LTE-M相對于NB物聯網的一個優勢是支持更高的數據速率和更大的可移動性。此外，它還可以通過網絡傳輸語音。也就是說，它需要更大的帶寬和更高的成本。

5G的未來

與基于非蜂窩網絡技術的先鋒相比，LTE-M和NB-IoT起步較晚，但進展很快。GSMA聲稱，蜂窩式LPWAN技術是能夠保證未來的5G通信，應被視為“網絡的網絡”，而不應該像前幾代移動技術一樣，成為一個全新的覆蓋技術。LTE-M和NB-IoT將支持5G并與之共存。

將全球標準化蜂窩式LPWAN和5G技術結合起來提供服務是一種很好的營銷策略，能夠加強持續性的概念，而且這些網絡將在未來幾十年內存在。對于專有技術來說，這是一個很難反駁的論點。

ABI Research估計，到2023年，在智能電表和資產追蹤器（兩者都不需要5G）市場需求的推動下，全球蜂窩和非蜂窩LPWAN連接將以53%的復合年增長率（CAGR）增長。從2023年起，預計非蜂窩技術LPWAN的市場占有率將下降，NB-IoT和LTE-M約占連接的55%。即便如此，假設對非蜂窩技術沒有突然、大規模的信心崩潰，它們很可能與蜂窩物聯網網絡一起運行多年。

先進蜂窩技術對物聯網的影響難以準確預測。許多物聯網應用不需要與5G相關的一些屬性和（至少在最初階段）額外成本。自動駕駛車輛等其他應用將取決于超低延遲和通過網絡切片帶來的靈活性。制定可行的商業應用將是至關重要的，而且，與以往的技術領域一樣，現實需要一段時間才能趕上這種商業炒作。