WiFi

WiFi大家都比较熟悉，俗称无线宽带网，以更快，更大容量的通信而闻名，可以使用2．4 GHz和5 GHz频带在50 m范围内进行传输，是一种允许电子设备连接到一个无线局域网WLAN的技术。

WiFi通过IEEE 802．11标准系列提供易于使用的短距离无线连接和跨厂商互操作性。伴随着三大运营商大规模建设基于WiFi技术的无线城市，其物联网应用架构已然形成。由于在现有基础设施中普遍存在，其受欢迎程度不断提高。

WiFi是无线局域网（WLAN）的一个标准，最早的无线局域网可以追溯到上个世纪70年代，基于ALOHA协议的UHF无线网络连接了夏威夷岛，是现在无线局域网的一个最初版本。随后的1985年美国联邦通信委员会制定了现在广泛使用的免费WiFi频段，和微波炉频率相同。1991年NCR公司和AT＆T公司发明了现在广泛使用WiFi的标准的802．11的前身，用在收银系统，名字为WaveLAN。澳大利亚的天文学家John O’sullivan和他的同事开发了WiFi技术的关键专利，起初使用在CSIRO （公共健康科学和工业研究组织）的项目上。1997年发布了基于802．11协议的第一个版本，提供2Mbit／s速率，在1999年提高到11Mbit／s，使用价值大大提高，随后WiFi得以快速发展。

WiFi定义了MAC层协议和安全性，但未定义设备的应用对象和通信方式，这意味着所有制造商都可以定义自己的应用层协议，因此难以形成统一的标准，这限制了WiFi在互联家居设备对设备市场的应用。

WiFi还设定了网络的中央接入点模型，即如果该接入点不工作，网络则会停止运行。相对于其他协议，WiFi的功耗较高，因此尽管适用于供电设备，但它在电池供电极为关键的应用中效果并不理想。

此外，WiFi还存在着扩展性方面的问题。例如，某些路由器的配置最多仅支持15台设备，而互联家居预计接近100台设备。另一个问题是各类数据源导致的WiFi网络竞争。

WiFi组网结构

WiFi有两种组网结构：一对多（Infrastructure模式）和点对点（Ad－hoc模式，也叫IBSS模式）。我们最常用的WiFi是一对多结构的，一个AP（接入点），多个接入设备，我们用的无线路由器是其实就是路由器＋AP。WiFi还可以点对点结构，比如两个笔记本可以用WiFi直接连接起来不经过无线路由器。

WiFi的安全性

常用的WiFi加密有WEP，WPA，WPA2。WEP安全性太差基本上被淘汰了。目前WPA2是被业界认为最安全的加密方式。WPA加密是WEP加密的改进版，包含两种方式：预共享密钥（PSK）和Radius密钥。其中预共享密钥（PSK）有两种密码方式：TKIP和AES，相比TKIP，AES具有更好的安全系数。WPA2加密是WPA加密的升级版，建议优先选用WPA2－PSK AES模式。WPA／WPA2加Radius密钥是一种最安全的加密类型，不过由于此加密类型需要安装Radius服务器，一般用户不容易用到。

WiFi技术在物联网中广泛应用于电力监控、油田监测、环境监测、气象监测、水利监测、热网监测、电表监测、机房监控、车辆诱导、供水监控，带串口或485接口的PLC，RTU无线功能的扩展。

基于WiFi的物联网传输技术具有以下优势：

成本低廉：相对于有线安装、维护、故障诊断和升级配线的成本

活性高：没有电缆的约束，设备可任意架设和调整

低功耗：采用低耗能设计，可应用于电池供电的产品中

可靠性高：在有线网络中大部分的故障是由连接器引起的，而无线系统则排除了这样的可能。并可满足在艰苦工业环境所要求的持久性和可靠性。

安全性：具有多种加密方式，保证数据传输私密性。

施工周期短：WiFi组网方式，可以通过节点的自组织和自配置功能迅速搭建成有效的通信网络

蓝牙

蓝牙是一种大容量，近距离无线数字通信技术标准，设计初衷是替代RS232电缆连接计算机外设。蓝牙技术最早始于1994，由电信巨头爱立信公司研发，是在两个设备间进行无线短距离通信的最简单、最便捷的方法，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙还添加了AFH（Adaptive Frequency－Hopping）技术，自适应跳频，以在有WiFi信号的情况下避开WiFi的频率，提高抗干扰能力。
蓝牙通信频段主要为2．402GHz～2．480GHz。蓝牙技术被广泛地用于手机、PDA等移动设备，PC、GPS设备，以及大量的无线外围设备（蓝牙耳机、蓝牙键盘等）。

从1998年到2009年，蓝牙版本经过了1．0到3．0的版本迭代后，虽然数据传输速率上有提升，但仍牢牢定位于近距离无线数据传输平台技术，在应用中牢牢占据着蓝牙音箱和耳机，以及蓝牙鼠标和键盘等领域。

2010年蓝牙发布4．0版本BLE（Bluetooth Low Energy，即蓝牙低功耗），针对物联网的应用需求进一步简化了蓝牙技术，BLE较传统蓝牙最大的特点就是低功耗，应用于对实时性要求较高，但对数据传输速率要求比较低的场景。通过BLE，蓝牙技术的演进方向开始直接对准物联网。

2016年蓝牙发布5．0版本，蓝牙5与蓝牙4．2相比，提高的传输速率与传输距离，增强了抗空口干扰的能力，并提高了室内定位的精确度。

2019年1月，蓝牙5．1标准推出，在蓝牙5．0的基础上，新增多天线／AOA／AOD功能，增加了蓝牙的定位能力，定位的精度大幅提升，由原先的 10米级别提升至厘米级，这一定位精度可使其在室内导航、物体追踪等大有可为。

蓝牙技术的优点：“低功耗蓝牙”模式下实现了低功耗，覆盖范围增强，最大范围可超过100米；支持复杂网络：针对一对一连接最优化，并支持星形拓扑的一对多连接等；智能连接：增加设置设备间连接频率的支持，Ipv6网络支持；较高安全性：使用AES－128 CCM加密算法进行数据包加密和认证；蓝牙模块体积很小，便于集成；可以建立临时性的对等连接（Ad－hoc Connection）：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。

缺点是不能直接连接云端，传输速度比较慢，组网能力比较弱，而且网络节点少，不适合多点布控。

蓝牙技术的出现是信息技术不断进步的结果，现在我们处在全球物联网快速发展的节点上，设备与设备，人与设备等都有时刻保持联网的需求，蓝牙技术为万物互联提供了一种非常高性价比的解决方案。倘若蓝牙技术在物联网领域的应用一旦铺开，那么依靠其巨大的出货量（低成本）与兼容性（连接手机），凭借其在产品生态系统上的优势，在不远的未来应该有一席之地。

ZigBee

ZigBee被正式提出来是在2003年，ZigBee的出现是因为蓝牙、WiFi无法满足工业需求，它的出现弥补了蓝牙、WiFi等通信协议高复杂、功耗大、距离近、组网规模太小等缺陷。名称取自蜜蜂，蜜蜂（Bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在的方位信息，依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

ZigBee是短距离物联网技术，用于连接10－100米范围内的设备，不通过LPWAN直接接入网络，需要通过集中器和网关接入。通过其网状拓扑，Zigbee设备可以通过中间设备在一定距离上传输数据，基于IEEE 802．15．4标准的Zigbee已成为嵌入式应用中使用最广泛的通信协议之一，适用于家庭自动化，无线传感器网络，工业控制系统，嵌入式传感器、医疗数据收集、烟雾及闯入者警告、楼宇自动化、远程无线麦克风配置等场合。它不适合在高速率和高速移动的场合。

ZigBee可工作在三个频段868MHz～868．6MHz、902MHz～928MHz和2．4GHz～2．4835GHz，其中最后一个频段世界范围内通用，16个信道，为免付费、免申请的无线电频段。三个频段传输速率分别为20kbps、40kbps以及250kbps。

ZigBee优缺点

ZigBee是低成本、低功耗、低功率的短距离无线通信标准，是专为低速率传感器和控制网络而设计的无线网络规范，特点如下：

低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，其他无线设备望尘莫及。

成本低：ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1．5～2．5美元， 并且ZigBee协议免专利费。

复杂性低：ZigBee协议的大小一般在4～32KB，而蓝牙和WiFi一般都超过100KB。

时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms， 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内最多可以同时存在100个ZigBee网络， 一个网络中最多可以有65000个节点连接，网络组成灵活。

可靠：采取了碰撞避免策略，为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用完全确认的数据传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用AES－128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

此外，ZigBee也有缺点：即抗干扰性差，通信距离短，而且ZigBee协议没有开源。

设备类型和操作模式

zigbee有三种设备类型

ZC： Zigbee协调器，功能最强的设备，协调器构成网络树的根，可以连接到其他网络。每个网络中只有一个Zigbee协调器，因为它是最初启动网络的设备。它存储有关网络的信息，包括充当安全密钥的信任中心和存储库；

ZR：Zigbee路由器，除了运行应用程序功能外，路由器还可以充当中间路由器，传递来自其他设备的数据；

ZED：Zigbee终端设备，只包含与父节点（协调器或路由器）通信的足够功能；它不能从其他设备中继数据。这种关系允许节点在相当长的时间内处于休眠状态，从而延长电池寿命。ZED需要最少的内存，因此，它的制造成本比ZR或ZC要低。

当前的zigbee网络里有两种模式，带信标（beacon）的和不带信标的（non－beacon），在信标不启用的网络中，使用不带时隙的CSMA ／ CA信道访问机制。在这种类型的网络中，Zigbee的路由器和接收端不能休眠，导致耗电量大。

在启用信标的网络中，Zigbee路由器节点发送周期性信标，zigbee的接收节点将定时的唤醒。节点在两个信标之间时间内睡眠，从而降低其占空比并延长其电池寿命。信标间隔取决于数据速率，它们在250 kbit ／ s时可以从15．36毫秒到251．65824秒， 在40 kbit ／ s时从24毫秒到393．216秒，在20 kbit ／ s时从48毫秒到786．432秒。