㈠ 常見無線通信協議詳細介紹
本文主要是給大家梳理一下目前市面上常用的一些無線通訊協議標准，幫助大家了解一下不同的無線網路技術由來和各自特點。
首先說一下IEEE 802.15.4，IEEE 802.15.4是一種技術標准，目前常用的無線通訊協議大多數是在802.15.4標准規定的底層協議基礎上，開發的上層協議而演變出來的，它規定了低速率無線個域網 （LR-WPAN）的 物理層 和 媒體訪問控制 ，並由 IEEE 802.15 工作組維護，該工作組在2003年定義了該標准。它是 Zigbee 的基礎，另外像諸如 ISA100.11a ， WirelessHART ，WIA-PA ， 6LoWPAN 和 SNAP 規范，每個標准規范都是通過開發IEEE 802.15.4中未定義的上層進一步擴展了標准。類似於以上幾種協議標准，Lora是基於IEEE802.15.4g標准進行了上層標準的擴展定義，而IEEE802.15.4g是在IEEE802.15.4基礎上對物理層和MAC層做了調整。除此之外wifi是基於IEEE802.11b標准創建的一種無線區域網技術，通常使用2.4G UHF或者5G SHF ISM射頻頻段。IEEE 802.15.1是由 IEEE 制定的一種藍牙無線通信規范標准，應用於無線個人區域網（WPAN）。可以說原版IEEE802.15.1來源於藍牙規范並與藍牙1.1完全兼容使用。
接下來我們詳細說一下目前在工業物聯網和消費電子領域應用比較廣泛的幾種無線技術，有ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、藍牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T。
ZigBee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗區域網協議。根據國際標准規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用於自動控制和遠程式控制制領域，可以嵌入各種設備。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網路層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定。在工業領域的典型應用是中國油氣田生產物聯網自動化採集控制設備規范中明確物理層、鏈路層、網路層採用ZigBee通訊協議，應用層通訊採用A11-GRM通訊協議。
WirelessHART是第一個專門為過程工業而設計的開放的可互操作的無線通訊標准，滿足了工業工廠對於可靠、強勁、安全的無線通訊方式的迫切需求。作為HART7技術規范的一部分，除了保持現有HART設備、命令和工具的能力，它增加了HART協議的無線能力。國際電工委員會於2010年4月批准發布了完全國際化的WirelessHART標准IEC 62591（Ed.1.0），是第一個過程自動化領域的無線 感測器 網路國際標准。該網路同樣使用運行在2.4GHz頻段上的無線電IEEE802.15.4標准，採用直接序列擴頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻、時分多址同步、網路上設備間延控通信等技術，WirelessHART標准協議主要應用於工廠自動化領域和過程自動化領域，彌補了高可靠、低功耗及低成本的工業無線通信市場的空缺。典型應用以Emerson為例，從2010年就已經開始供應WirelessHART兼容產品，從壓力、流量、液位、溫度、振動、pH測量等各類儀表變送器到網關節點等，逐漸有了品類齊全的無線類工業儀表產品系列。
WIA-PA標準是具有我國自主知識產權、符合我國工業應用國情的一種無線標准體系，2008年10月，該規范獲得了國際電工委員會（IEC）全體成員國96%的投票，成為與Wireless HART被同時承認的兩個國際標准化文件之一。WIA-PA同樣基於IEEE802.15.4標准，通訊速率250kbps，頻段2.4GHz，工業室內通訊距離200m，室外環境可達800m，數據可靠性大於99%，自適應跳頻技術，避免干擾，冗餘路由技術，自組織修復網路。同時支持HART命令，兼容WirelessHART標准。典型應用是中科院沈陽自動化研究所提供技術支持參與合作的在國內遼河油田、吉林油田、大慶油田、新疆油田等現場的遠程油井監測控制系統。
LoRa是semtech公司創建的低功耗區域網無線協議，基於IEEE 802.15.4g標准，它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現了低功耗和遠距離的統一，它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通信距離擴大3-5倍。Lora的工作頻率在ISM 頻段，包括433、868、915 MHz。
WiFi俗稱無線寬頻，又叫802.11b標准，工作在2.4GHz或者5GHz頻段，最高傳輸速率能達到11Mbps，網路覆蓋范圍最高可達300m，適合辦公室和樓內區域使用。由於WiFi技術在結構上與乙太網完全一致，所以能夠將WLAN集成到已有的寬頻網路中，也能夠將已有的寬頻業務集成到WLAN中，這樣，就可以利用已有的寬頻有線接入資源，迅速地部署WLAN網路，形成無縫覆蓋。
藍牙是一種短距離無線通信的技術規范，它最初的目標是取代現有的掌上電腦、行動電話等各種數字設備上的有線線纜連接。在制定藍牙規范之初，就建立了統一全球的目標，向全球公開發布工作頻段為全球統一開放的2.4GHz工業、科學和醫學（ISM）頻段。從目前的應用看，藍牙體積小、功率低，其應用早已不局限於計算機外設，可以集成到任何數字設備中，尤其是對數據傳輸速率要求不高的移動設備。藍牙有幾大特點，一是全球范圍適用，無需申請許可證，二是同時可傳輸語音和數據，三是可以建立臨時性對等連接，四是具有很好的抗干擾能力。
窄帶物聯網（NB-IOT）是國際移動通信標准化組織為了應對日漸強烈的物聯網需求，制訂的一個新的蜂窩物聯網的標准（CIOT），這個新標准要實現超強覆蓋、超低功耗、超低成本、超大連接。NB-IOT是一個空中介面標准，主要是用在終端與基站之間的約定，包括物理層和數據鏈路層的一些設計規定。NB-IoT構建於 蜂窩網路 ，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署於GSM網路、UMTS網路或LTE網路，以降低部署成本、實現平滑升級。
BeeLPW-T是必創科技聚焦工業場景應用，基於IEEE802.15.4標准自主開發的一種無線通信協議，具有同步精度高、功耗低、網路自恢復等優點。大容量的同步網路節點數量和多跳能力，可為工業現場的網路覆蓋及節點架設提供強大的網路協議支撐。該協議具有的天然物聯網基因，能以更優的功耗將感測器的感知層數據傳輸至雲端，較往代產品效率提高近四倍。
1、更高速靈敏的反饋
基於高精度的網路同步性能，所有設備可以工作在最優的功耗狀態下，保持全網秒級的響應速度，可以滿足絕大多數尤其是具有邊緣計算能力低功耗設備的需求。
2、更豐富的應用方式
同步網路下的節點，真正實現協同工作，賦予數據在無線應用中時間的屬性，無論星型，樹狀等網路模式，均可滿足各種設備密度、覆蓋距離的應用要求。
3、更低的維護成本
協議可以隨意切換周期采樣及大數據採集狀態 ，針對不同工況及應用需要，兼容有線狀態分析系統的採集需求；時間同步及低功耗設計，在確保網路運行精準的同時，降低了設備的無效工作時間，使得設備整體更加簡練、高效。更低的功耗，可改善設備的維護周期，降低維護難度和平均維護成本，為客戶提供一個安心可靠並幾近無感的防護體驗。
最後附表總結一下幾種典型無線技術標準的特點區別：
NB--TWIAPA
組網方式基於現有蜂窩組網基於LoRa網關基於Zigbee網關基於無線路由器基於藍牙Mesh網關基於BeeLPW-T網關基於WIA-PA網關
網路部署方式節點節點+網關
受現場遮擋影響
節點+網關節點+路由器節點-節點節點+中繼+網關節點+中繼+網關
傳輸距離遠距離，基站覆蓋10公里以上遠距離，可達十幾公里短距離
10-100m
短距離50米10米不含中繼200m不含中繼200m
單網接入節點容量約20萬理論約6萬，實際500-5000理論6萬，一般200-500個約50個理論6萬理論5000通道理論6萬，一般200-500個
電池續航理論10年/AA電池理論10年/AA電池理論約2年/AA電池數小時數天理論約2年/AA電池理論約2年/AA電池
成本30-70元30-40元5-15元模塊約7-8s小於10元
頻段License頻段
運營商頻段
unLicense頻段
Sub-GHZ（433/868/915MHz）
unLicense頻段
2.4GHz
2.4G和5G2.4GunLicense頻段
2.4GHz
unLicense頻段
2.4GHz
傳輸速度理論160kbps-250kbps
實際小於100kbps
0.3-50kbps理論250kbps，實際小於100kbps2.4G：1-11Mbps
5G：1-500Mbps
1M理論250kbps理論250kbps
網路時延6-10sTBD＜1s＜1s＜1s＜1s＜1s
適合領域戶外戶外，工廠工廠，室內辦公室，工廠移動設備工廠，車間工廠，車間
聯網所需時間3 30ms3s10s3s3s