用于物联网/机器对机器通信的WPAN技术

PAN（也称为WPAN）是一种用于连接那些彼此距离较近的智能设备的网络，这些设备包括智能手机、平板电脑、身体监测仪等。 PANs可以被用来支持无线体域网络（WBANs），这些网络也被称为无线医疗体域网络（WMBANs）和医疗体域网络系统（MBANSs）。 不过，它们也可以被用于支持其他应用程序。 其医学应用包括生命体征监测、呼吸监测、心电图检测、pH值监测、血糖监测、辅助康复功能实现、肌肉张力监测以及人工肢体支撑等。 WBAN的非医疗应用包括视频流媒体传输、数据传递、娱乐以及游戏等领域。

PAN的射程通常只有几米而已。 这些设备有时被称为短距离通信设备。 PANs可以用来在个人设备之间进行通信（即人际间的通信），或者连接到更高级别的网络，比如互联网。 下表简要比较了三种无线技术，并突出了BANs/WBANs的各项特性。 WBAN技术可以在不同程度上满足医疗保健行业所认为的重要需求。

以下是那些支持物联网/机器对机器通信应用的关键无线技术和概念：

• 3GPP：3GPP由六个电信标准组织组成，这些组织被称为“合作伙伴”。3GPP为这些成员提供了一个稳定的环境，使他们能够编写出定义3GPP技术的相关报告和规范。 这些技术不断取得进步，这些进步被定义为不同版本的商业蜂窝/移动系统。3GPP最初是一个标准合作组织，其目标是将全球移动通信系统（GSM）平台逐步升级为3G标准。 不过，自LTE和演进型分组核心技术规范完成以来，3GPP一直都是移动系统发展的核心标准。 3GPP Release 10及后续版本符合ITU-R关于IMT-Advanced“超越3G的通信系统”的最新规范。该标准能够支持最高达到100 Mbps的高速移动通信，同时也能实现最高1 Gbps的低速移动通信。 3GPP最初的使命是制定基于演进型GSM核心网络以及其所支持的无线接入技术的3G移动系统的技术规范和技术报告。这些无线接入技术包括频分双工(FDD)和时分双工(TDD)模式下的通用地面无线接入技术(UTRA)。 后来，该范围被扩大，包括GSM技术规范和技术报告的维护与开发工作，以及先进的无线接入技术（如GPRS和EDGE）。 所有的GSM标准（包括GPRS和EDGE）、W-CDMA以及LTE标准（包括LTE-Advanced）都包含在“3GPP规范”这一术语中。
• 3GPP2（第三代合作伙伴计划2）：3GPP2是一个由多个机构共同参与的3G通信技术标准制定项目。该项目的参与者包括北美和亚洲的相关机构，他们致力于为ANSI/TIA/EIA-41蜂窝无线电通信网络的发展制定全球性的技术标准。此外，该项目还负责制定与ANSI/TIA/EIA-41相关的无线传输技术的相关国际标准。 3GPP2涵盖了HS、宽带以及基于互联网协议（IP）的移动通信系统。这些系统具有网络间互联互通的能力，同时还能实现功能与服务的透明化。此外，由于国际电信联盟（ITU）提出的“IMT-2000”计划，这些系统还具备全球漫游功能，并且能够提供与地理位置无关的服务。
• 6LoWPAN：基于低功耗区域网络的IPv6协议（IEEE 802.15.4）6LoWPAN基于RFC 4944标准。目前，6LoWPAN被普遍认为是用于在802.15.4网络上传输IP数据包的一种有效方法。TinyOS、Contiki以及ISA100和ZigBee SE 2.0等协议都支持6LoWPAN技术。RFC 4944将802.15.4伪装成IPv6链路，从而实现了简单的封装机制，同时还能以高效的100字节数据包形式来传输数据。该技术涉及的主题包括：
  • 无状态头部压缩的第一种实现方式
  • 数据报标签/数据报偏移量
  • 网格转发
  • 确定起点和终点/目的地
  • 尽可能避免使用复杂的MAC层概念。
• ANT/ANT+：Dynastream的传感器公司于2004年研发出了ANTTM技术。这是一种低功耗的专有无线技术，其工作频段为2.4 GHz。使用ANT设备的话，只需一枚电池就能让设备持续运行多年。ANT的主要作用是将各种运动和健身传感器与显示设备连接起来。ANT+技术是对ANT协议的扩展，使得各种设备能够在受控的网络环境中进行通信。作为采用ANT+品牌的前提条件，ANT+最近推出了新的认证流程。
• 蓝牙：蓝牙是一种个人区域网络技术，其基于IEEE 802.15.1标准。它是一种用于便携式个人设备的短距离无线通信规范，由爱立信公司开发。蓝牙SIG在20世纪90年代末公开了这项技术的规范。此后，IEEE 802.15工作组接管了这项工作的管理，并基于蓝牙技术制定了一种与各个厂商无关的标准。IEEE 802.15标准的各个子层包括：
  • RF层
  • 基带层
  • 链接管理器
  • L2CAP
• 蓝牙技术已经经历了四次升级换代，不过所有的蓝牙标准仍然具有向下兼容性。 BLE是蓝牙v4.0的一个子集，它包含了一套全新的协议栈，用于快速建立基本的连接。BLE可以看作是蓝牙v1.0到v3.0标准中所引入的“电源管理”功能的替代方案。需要注意的是，蓝牙是一个商标，属于蓝牙联盟这一商业组织的注册商标，该组织负责认证那些符合相应IEEE标准的设备的互操作性。
• EDGE（全球增强型数据速率技术）：GSMTM无线电接入技术已经得到了改进，能够提供更高的数据传输速率，无论是对于电路式还是分组交换方式的数据传输来说都是如此。 EDGE是一种对现有GSM物理层进行升级后的技术，而不是一种独立的、独立的规范。它是通过对现有的第1层规范进行更新来实现的。 除了能够提升数据传输速率之外，EDGE还具备与上层服务相兼容的特性。它实际上为HS电路交换式数据以及升级版的GPRS提供了必要的支持。 例如，GPRS可以提供115 Kbps的数据传输速率，而EDGE则可以将这一速率提升到384 Kbps。 这与早期宽带码分多址技术（W-CDMA）的传输速率相当。因此，一些人士将EDGE视为一种3G技术，而不是2G技术。因为EDGE系统能够实现ITU的IMT-2000规范中的性能要求，其传输速度可达384Kbps。EDGE可以被看作是一种连接两代技术的桥梁，可以说是一种2.5G技术。
• LTE（长期演进技术）：LTE是由3GPP发起的一项技术，旨在将UMTS技术升级为4G技术。LTE可以被视为一种架构框架以及一系列辅助机制，其目的是在用户设备移动时，实现UE与数据包网络（IPv4、IPv6）之间的顺畅通信，同时不会影响到最终用户的应用程序运行。与以往蜂窝网络的电路交换模式相比，LTE专门设计用于提供纯分组交换服务。
• NFC（近场通信）：这是一套适用于PDA、手机和平板电脑等设备的标准，这些设备能够在彼此相距几英寸的情况下实现无线通信。 这些标准涵盖了通信协议以及数据交换格式。它们基于现有的RFID标准，例如ISO/IEC 14443标准，以及FeliCa标准（FeliCa是一种由索尼开发的非接触式RFID智能卡技术，在日本被用于电子货币支付）。 ISO/IEC 18092，以及NFC论坛所制定的其他标准，都是NFC标准的典型例子。 NFC标准使得终端之间能够实现双向通信（而之前的系统则只能实现单向通信）。 无电源支持的NFC标签同样可以被NFC设备读取，因此这项技术可以替代之前的单向通信系统。 NFC应用包括非接触式交易。
• 卫星系统：卫星通信在商业、电视/媒体、政府以及军事通信领域中发挥着至关重要的作用。这是因为卫星通信具有多播/广播功能、移动性特性，同时还能实现全球范围内的连接，且可靠性高，响应速度也很快。卫星通信是一种基于视距传输的单向或双向射频传输方式。其传输系统由发射站（上行链路）和卫星系统组成，而卫星系统则起到信号再生器的作用。

UMTS（通用移动通信系统）：

UMTS是一种3G移动蜂窝通信技术，它支持语音和数据传输（IP网络），其技术基础是3GPP所制定的GSM标准。

• 极小孔径终端（VSAT）：这是一种完整的最终用户终端，通常配备有小型的4-5英尺天线，用于与卫星传输的数据IP网络中的其他终端进行通信。这种通信方式通常采用“星形”结构，由某个中心节点来协调整个网络的运作。这类服务通常包括流量控制和/或流量管理功能。网络运营商负责控制整个系统，并根据数据吞吐量或其他使用方式来收取费用。VSAT设备被广泛应用于各种远程应用中，且它们的成本相对较低。
• Wi-Fi：基于IEEE 802.11系列协议的WLAN技术，包括802.11a、802.11b、802.11g以及802.11n。
• WiMAX：WiMAX论坛成立于2001年6月，其成立的目的是推动IEEE 802.16标准的广泛应用与互操作性。WiMAX被WiMAX论坛定义为“一种基于标准的技术，它能够提供最后一英里无线宽带连接服务，从而替代传统的电缆和DSL方式。”
• 无线计量总线（M-Bus）：无线M-Bus标准（EN 13757–4:2005）规定了水、气体、热能和电力的计量设备之间的通信方式。该标准在欧洲越来越受欢迎，被广泛应用于智能计量或AMI系统中。无线M-Bus工作在868 MHz频段内（即868 MHz至870 MHz之间）。这一频段在射频覆盖范围与天线尺寸之间提供了良好的平衡。像德州仪器这样的芯片制造商通常提供单芯片解决方案和双芯片解决方案两种选择。
• ZigBee RF4CE规范：该基于目标的规范是为了那些不需要ZigBee 2007所提供完整网络功能的、用于设备间双向控制的简单应用而设计的。 由于ZigBee RF4CE的内存需求较低，因此可以以较低的成本来实现它。 这种简单的设备间连接拓扑结构，大大简化了开发与测试过程，从而缩短了产品上市的时间。 ZigBee RF4CE是一种适用于多个厂商的互操作型消费电子产品解决方案。它拥有简单、可靠且成本较低的通信网络，能够实现双向无线连接。 该联盟通过ZigBee Certified计划，独立测试符合此规范的平台。同时，该联盟还维护着一份包含符合ZigBee RF4CE标准的平台的列表。
• ZigBee规范：基于IEEE 802.15.4标准，ZigBee的基本规范定义了这种智能、经济且高效的网状网络结构。 这是一个自配置、自愈的网络结构，由冗余的、低成本的、功耗极低的节点组成。这种网络结构赋予了 ZigBee 无与伦比的灵活性、移动性以及实用性。 ZigBee有两种功能版本：ZigBee PRO和ZigBee。 这两种特征集共同决定了ZigBee网格网络的工作方式。 最常被使用的规范是ZigBee PRO。该规范旨在实现低功耗运行，同时能够支持由数千个设备构成的庞大网络。 ZigBee联盟是一个商业组织，其职责在于验证那些符合相应IEEE标准的各种设备的兼容性。该组织拥有“ZigBee”这一商标。
• Z-Wave：Z-Wave是一种无线生态系统，它可以通过遥控器来连接各种家用电子设备与用户。该系统使用低功耗的无线电波进行通信，这些无线电波能够轻松穿透墙壁、地板以及各种设备外壳。实际上，几乎任何电子设备都可以配备Z-Wave控制功能。