当前大多数的物联网连接都依然在2G GPRS标准下运行，需要2G EDGE覆盖范围和SIM卡。随着运营商逐步淘汰某些2G网络（部分是为了降低成本），过去五年中出现了新标准：Zigbee，LoRa，LTE-M，Wi-Fi 802.11ah（HaLow）和802.11af（White-Fi），本文将简要介绍各自的功能和特性：

Zigbee：专有、短距离、低成本且安全

Zigbee与蓝牙类似，是一种低功耗、低数据速率、近距离自组织无线网络，支持网状网络拓扑，使用了IEEE 802.15 WPAN规范，提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的数据速率，只能在10至100米的范围内工作。Zigbee网状网络可以包含多达65000个设备，这是蓝牙LE可以支持的两倍。

Zigbee于1998年开始构思，2003年标准化，并于2006年进行了修订。Zigbee的名字来源于蜜蜂的摇摆舞，其商标归Zigbee联盟所有，该联盟负责维护和发布Zigbee标准，根据其网站信息显示，全球有数亿台使用Zigbee技术的设备。

Zigbee非常受物联网设备制造商的青睐，它提供了用户需要的大多数基本功能（连接性、范围、安全性），并且作为开放行业标准，它允许与任何Zigbee认证的设备进行互操作。OEM厂商最大的抱怨是加入联盟的成本、认证和缺乏开放GPL许可证，因为OEM必须要成为联盟的成员才能使用其技术。

Zigbee主要用于家庭自动化应用，如智能照明、智能恒温器和家庭能源监控。它还常用于工业自动化、智能仪表和安全系统。

Z-Wave：短距离、低成本、高可靠

Z-Wave与ZigBee相似，是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave的结构是源路由网格网络，即所有设备都连接到一个中心集线器，通常是路由器或网关。网络本身由三个层组成，它们协同作业，以确保所有设备都能够同时通信。无线电层定义了信号在网络和无线电硬件之间的交换方式，而网络层则确定如何控制节点和设备之间交换的数据。此外，应用层将消息分配给特定的应用程序，以便完成类似于开灯这样的任务。

Z-Wave的工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄宽带应用场合。

Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测。Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

LoRa：专有、远程、便宜且安全

类似于Zigbee，LoRaWan是一项专有技术，是开放的全球标准，由非营利组织LoRa联盟定义和控制。

主要区别在于，虽然Zigbee是旨在连接许多附近设备的短距离IoT协议，但LoRa专注于广域网。

LoRa特别适用于远程通信，它使用未经许可的亚千兆赫无线电频段，例如169 MHz，433 MHz，868 MHz（欧洲）和915 MHz（北美）。低频段允许从0.3 kbps到50 kbps的数据速率。

LoRa是在大范围内部署大量非关键传感器和控制设备的首选。它使用免许可无线电，使其成为城市范围内环境传感器，路灯控制和监视，农业农场的基本控制单元以及小物体监视的理想选择。

LoRa联盟认为该标准也可以用于关键基础设施。机密的个人数据或对社会至关重要的功能需要安全通信。这就是协议可以使用64位和128位密钥进行网络，应用程序和设备加密的原因。

作为针对大多数M2M应用程序的新标准，LoRa的使用基于微微小区和网关的无执照无线电可以独立于蜂窝运营商安装，因此对于在大范围内部署IoT设备的OEM来说非常有吸引力。

与Zigbee一样，LoRaWan不是完全开放的协议，需要使用LoRa联盟的成员身份。

它的主要缺点是缺乏硬件安全性。M2M设备一直在使用蜂窝运营商的用户识别模块（SIM）芯片，该芯片可用于存储和认证加密密钥。LoRaWan使用基于软件的加密。

此外，由于每个OEM都可以在自己的操作系统中实现该标准的无线电功能，因此不能保证LoRa设备之间的互操作性。

LTE-M：蜂窝技术

LTE-M是一种专为满足物联网或机对机通信应用需求而设计的蜂窝技术，LTE-M是移动电信运营商的无线系统，得到了行业协会GSMA和3GPP标准组织的支持。LTE-M的主要优点之一是具有全球连通性的潜力，并且它是唯一适合长时间跟踪移动物体的系统。GSMA表示：“该技术可改善室内和室外覆盖范围，支持大量的低吞吐量设备、低延迟灵敏度、超低设备成本、低设备功耗的网络架构。”

由于LTE-M是通过蜂窝网络工作的，因此可用于监测、控制和接收在运输工具（例如卡车、火车、船等）中的IoT设备的信息。当LTE网络不可用时，系统可以退回到WCDMA（3G）或GPRS/EDGE（2G）来保持连接。

LTE-M还基于蜂窝基站定位提供定位服务，无需使用GPS或Galileo等基于卫星的系统。对于需要为其设备配备基本定位系统的OEM来说，此功能可节省大量成本。

然而，LTE-M的最大的优势是安全性。蜂窝连接的设备需要装有SIM芯片，它可以嵌入电路板中，并在工厂进行预配，设置密钥和签名。一旦为SIM卡配置了嵌入式密钥，在没有对设备进行物理访问的情况下，就无法修改这些密钥。

SIM是可提供NSA Suite B AES-256加密和身份认证的安全模块。

LTE-M的另一个优点是即使在停电期间也可以保持连接。由于它连接到蜂窝网络，因此不需要接入点（AP），只要物联网设备电池正常工作，它就可以保持连接状态。

这就是为什么基于蜂窝的物联网连接被广泛应用于电网、家庭、办公室安全和车队管理等关键应用。

LTE-M唯一的问题是成本高。要使用该系统，需要订购运营商服务，每个连接的设备中都需要有一个SIM卡。

NB-IoT：蜂窝技术

NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。

NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

White-Fi和HaLow：低成本、范围扩大，但安全性低

IEEE 802.11af（White-Fi）和IEEE 802.11ah（HaLow）均使用先前授权的频谱，并且不会干扰2.4 GHz和5 GHz频带中的传统Wi-Fi信号，也不会干扰2G和3G蜂窝网络。部分频谱与美国使用的某些LTE信道共享。

White-Fi利用的是广播电视转向数字地面电视以及之前的一些UHF频道停止运作时释放出来的数字红利。在美国和欧洲，对数字红利频谱的使用有不同的规定，连接的设备需要定期寻找可用的频率。

HaLow将Wi-Fi扩展到900 MHz频段，使传感器和可穿戴设备等应用所需的低功耗连接成为可能。由于此频率可免费用于基本通信，因此HaLow是IoT的首选Wi-Fi标准。

HaLow的最大问题是在全球范围内的未许可频谱不统一：HaLow在美国的工作频率为900 MHz，在欧洲为850 MHz，在中国为700 MHz，在许多国家甚至没有工作频谱。

由于低频带的特性，这两种技术都不适合高速或大容量的数据传输。但是，它们可以用于为大量部署的设备提供连接。

HaLow可以提供低至150kbps的数据速率。

对于新一代低功耗设备来说，低于1 GHz的连接也是至关重要的，它的电池寿命通常需要达到数年。对于世界各地城市部署的数十亿个传感器和监控设备来说，这种电池性能是必不可少的。

HaLow还提供了一些节电功能，例如目标唤醒时间（TWT）和交通指示图（TIM），使IoT设备能够在选定的时间间隔进行通信，从而节省电池电量。

2017年，IEEE推出了另一个针对物联网的Wi-Fi标准：802.11ax（后被正式更名为WiFi 6）。与HaLow相比，802.11ax的优势在于使用了2.4 GHz和5 GHz频带，更适合于本地范围的物联网。

在安全问题方面，Wi-Fi缺乏对蜂窝网络上SIM卡提供的安全元件和硬件加密的保护。但是，要在大范围内部署数百或数千个无线传感器，White-Fi和HaLow可以提供低成本的连接和良好的性能。

如何做出选择？

如果寻求的是一种低成本的解决方案近距离连接非关键设备，那么Zigbee、Z-Wave或White-Fi可能是最佳选择。Zigbee的DotDot软件将帮助你开发与其他Zigbee设备兼容的解决方案，前提是必须加入Zigbee联盟。

对于远距离应用，Lo-RaWan、LTE-M或NB-IoT是最佳选择。LTE-M是最强大、最安全的，也有蜂窝网络的支持，但在价格上可能也是最昂贵的。它能够保证全球连接，可用于货运和车队管理。

对于不需要定位服务或NSA级安全性的本地中型网络而言，LoRa则是一个很好的解决方案。

参考链接 https://iot.eetimes.com/top-wireless-standards-for-iot-devices/