感知技术收集数据，传输层负责传输和处理各种信息。物联网传输层技术按距离可分为近场通信技术和远距离无线通信技术。其中，近场通信技术主要有RFID、NFC、ZigBee、蓝牙、WiFi等。典型应用有智能交通、智能物流等。广域网(WAN)通信技术一般定义为LPWAN，典型应用有LoRa、NB-IoT、BTA-OIT、2G/3G蜂窝通信技术、LTE、5G技术等
第一，蓝牙
蓝牙技术是由东芝、IBM、英特尔、爱立信和诺基亚于1998年5月提出的近场无线数字通信技术标准。蓝牙技术是一种低功耗的短距离无线连接技术，可以穿透墙壁等障碍物，通过统一的无线链路实现各种数字设备之间安全、灵活、低成本、低功耗的语音和数据通信。其目标是实现最高数据传输速度lMb/s，最大传输距离10m。ISM免费频段2.4GHz，无需申请即可使用。在这个频段上设置了79个带宽为1MHz的通道，频率每秒切换1600次。扩频技术用于实现无线电波的发射和接收。
蓝牙技术是短距离无线通信的技术规范，具有体积小、功耗低的优点。它广泛应用于各种数字设备中，尤其是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙技术的特点如下:
全球应用。蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大部分国家的ISM频段在2.4 GHz到2.4835 GHz之间，属于自由频段。使用这个频段不需要向政府职能部门申请牌照。
可以同时传输语音和数据。采用蓝牙电路交换和分组交换技术，支持一个数据通道、三个语音通道以及异步数据和同步语音同时传输的通道。每个语音通道的数据速率为64kb/s，语音信号采用脉码调制PCM或连续可变斜率增量调制方式编码。使用非对称信道传输数据时，最高速率为721kb/s，反向速率为57.6 KB/s；使用对称信道传输数据时，最高速率为342.6 KB/s，蓝牙有两种链路类型:同步定向链路和异步无连接链路。
可以建立临时的对等连接。根据蓝牙设备在网络中的作用，分为主设备和从设备。主设备是连接到网络以发起请求的蓝牙设备。当几个蓝牙设备连接成一个微微网时，其中只有一个主设备，其余都是从设备。微微网是蓝牙最基本的网络形式，最简单的微微网是由主设备和从设备组成的点对点通信连接。
具有良好的抗干扰能力。工作在ISM频段的无线电设备有很多，比如无线局域网、家用微波炉等产品。为了抵抗这些设备的干扰，蓝牙使用跳频来扩展频谱。2.402~2.48GHz频段可分为79个频点，相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在一个频点发送数据后，跳转到另一个频点发送。频率点是伪随机的，每秒可以改变1600次频率，每次频率持续约625/is。
尺寸小，易于集成。个人移动设备的小尺寸决定了嵌入其中的蓝牙模块更小。
低功耗。蓝牙设备在通信连接状态下有四种工作模式，即呼吸模式和主动模式。Hold模式和sleep模式O-active模式是正常工作状态，其他三种是为了节能而指定的低功耗模式。
开放接口标准。为了普及SIG对蓝牙技术的使用，蓝牙的所有技术标准都是公开的，世界上任何单位和个人都可以开发蓝牙产品，只要能通过SIG对蓝牙产品的兼容性测试，就可以在市场上推广。
成本低。随着市场需求的不断扩大，各供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，导致蓝牙产品价格迅速下降。
根据蓝牙的技术规定，每对设备必须有一个主设备和另一个从设备，才能进行通信。通信时，主设备必须搜索并启动配对。链成功建立后，双方可以发送和接收数据。理论上，一个蓝牙主设备可以同时与七个蓝牙从设备通信。具有蓝牙通信功能的设备可以在两种角色之间切换，通常工作在从设备模式，等待其他主设备连接，必要时切换到主设备模式对其他设备进行呼叫。蓝牙设备在主模式下发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址、配对密码等信息。配对完成后，可以直接发起呼叫。
当蓝牙设备发起呼叫时，第一步是找出周围可以找到的蓝牙设备。主设备找到从蓝牙设备后，需要从设备的PIN码进行配对，有些设备不需要输入PIN码。配对完成后，从蓝牙设备会记录主设备的信息。此时，主设备可以向从设备发出呼叫，配对的设备在下一次呼叫中不需要再次配对。配对的设备，如从设备侧的蓝牙耳机，也可以发起链建立请求。链路成功建立后，主从之间可以进行双向语音或数据通信。在通信状态下，主设备和从设备都可以发起链路断开并断开蓝牙链路。
一对一串口数据通信是蓝牙数据传输应用中最常见的应用之一。出厂前，蓝牙设备已经预先设置好两个蓝牙设备之间的配对信息，从设备的PIN码和地址预先存储在主终端中。两端设备上电，链路自动建立，串口透明传输，无需外围电路介入。在一对一应用中，从设备可以设置为两种类型，一种是其他蓝牙设备无法搜索到的静默状态；第二，指定的主终端可以搜索到的，其他蓝牙设备可以搜索到的建立链的状态。
蓝牙系统按照功能分为四个单元:链路控制单元、射频单元、蓝牙协议单元和链路管理单元。无线射频单元主要负责发送和接收数据和语音。蓝牙天线具有体积小、重量轻、距离短、功耗低的特点。链路控制单元执行射频信号和数字或语音信号之间的相互转换，并实现基带协议和其他底层连接规则。链路管理单元负责管理蓝牙设备之间的通信，实现建立、验证和配置链路的操作。蓝牙协议是一种用于个人区域无线通信的协议，它包括两部分:核心部分和协议子集部分。协议栈采用的分层结构完成了数据流过滤、传输、跳频和数据帧传输、连接建立和释放、链路控制和数据拆卸等功能。
第二，ZigBee
物联网技术主要包括无线传感器技术和过程通信技术。通信技术包括RFID、蓝牙、WiFi、ZigBee等。ZigBee是无线传感器网络中的热门技术之一。可用于楼宇监控、货物跟踪、环境保护等。传感器网络要求节点成本低、易维护、低功耗、自动组网、高可靠性。ZigBee在组网和低功耗方面有很大优势。
ZigBee技术是一种短距离低功耗的无线通信技术，源于蜜蜂的八字舞。蜜蜂通过飞行和“嗡嗡”的翅膀与同伴交流花粉的位置信息。ZigBee协议因其相似的特性而得名ZigBee。
ZigBee技术采用AES加密，比银行卡加密技术严密12倍，安全性高。同时，ZigBee采用蜂窝结构组网，每个设备可以通过多个方向与网关通信，保证了网络的稳定性。ZigBee设备还具有无线信号中继功能，可以将通信信息中继传播到1000米以外的无线距离。此外，ZigBee的理论网络容量为65300个节点，可以满足家庭网络覆盖的需求。即使智能小区、智能建筑实现全覆盖只需要一台主机，ZigBee也具有双向通信的能力，不仅可以向设备发送命令，还可以从设备反馈执行状态和相关数据。ZigBee采用极低功耗设计，可由所有电池供电。理论上，一块电池可以使用2年以上。
采用ZigBee DSSS技术，具有以下特点:
低功耗。ZigBee联盟网站宣布，与普通电池相比，ZigBee产品可以使用几个月到几年。这决定了那些需要一年或更长时间来更换电池的设备对它的需求。
有许多接入设备。ZigBee解决方案支持每个网络协调器255个活动节点，多个网络协调器可以连接到大型网络。2.4GHz频段可以容纳16个通道，每个网络协调器有255个活动节点。ZigBee技术允许一个网络中有4000多个节点。
成本低。ZigBee只需要80C51等处理器和少量软件就可以实现，不需要主机平台。从天线到应用实现只需要一个芯片。蓝牙依赖于强大的主处理器，芯片架构也比较复杂。
传输速率低。ZigBee功率低导致传输速率低。其原始数据吞吐率在4GHz频段为250kb/s，在915MHz频段为40kb/s，在868MHz频段为20kb/s。传输距离为10~20m。
短暂的时间延迟。ZigBee的响应速度很快。一般从休眠到工作只需要15ms，节点接入网络只需要30ms，进一步省电。
高容量。ZigBee可以采用星型和网状网络结构，一个主节点管理多个子节点，一个主节点最多可以管理254个子节点。同时，主节点也可以由上层网络节点管理，最多可以形成65000个节点的大网络。
高度安全。ZigBee提供三级安全模式，包括无安全设置、使用访问控制列表防止非法数据获取、采用高级加密标准的对称密码灵活确定其安全属性。
免执照频段。使用工业科学的医用频段，即915MHz、868MHz和2.4GHz..除了物理层，三个频段的信道带宽不同，分别为0.6MHz、2MHz、5MHz。分别有1、10和16个通道。这三个频段的扩频和调制方式也不同。扩频用的是直接序列扩频，但是比特到码片的转换就大不一样了。调制方式均采用相位调制技术，868MHz和915MHz频段采用BPSK，2.4GHz频段采用OQPSK。
第三，NFC
NFC技术又称近场通信，是短距离电子设备之间进行非接触式点对点数据传输和交换的高频无线通信技术。NFC是在非接触式射频识别和互联网技术的基础上发展起来的。向后兼容的RFID最初是由索尼和飞利浦分别开发的，它主要用于在移动电话和其他手持设备中提供M2M通信。它允许消费者简单直观地交换信息并访问内容和服务。NFC自2003年问世以来，以其出色的安全性和易用性得到了众多企业的青睐和支持。
NFC作为一种逻辑连接器，可以在设备上快速实现无线通信。当两个具有NFC功能的设备靠在一起时，NFC可以进行无线配置并初始化其他无线保真，如蓝牙和IEEE 802.11，从而进行短距离通信或数据传输。NFC可用于数据交换，传输距离短，传输创建速度快，传输速度快，功耗低。类似于NFC蓝牙的功能，都是短距离通信技术，往往集成在手机里。NFC不需要复杂的设置程序，具有简化版蓝牙的功能。NFC的数据传输速度为106kb/s、212kb/s和424kb/s，远低于蓝牙V2.1
四。IEEE 802.11ah
IEEE 802.11是WLAN标准的前缀，后面有一两个字母用来区分各自的属性。美国电气和电子工程师协会提出了802.11ah标准，以满足无缝互连的应用需求。要实现低功耗、长距离的无线局域网连接，需要1GHz以下的频段。有效改善了WiFi信号容易被建筑物遮挡，影响传输距离和覆盖的缺点。
IEEE最初制定的一个WLAN标准是802.11，这也是WLAN领域第一个得到国际认可的协议。主要用于解决校园网和办公局域网中用户与用户终端之间的无线接入问题。业务主要限于数据访问，最高速率只能达到2MB/s .因为802.11在速度和传输距离上满足不了人们的需求。所以JEEE集团陆续推出了很多新标准，比如802.11a，802.11b，主要是MAC子层和物理层的技术不同。
自1997年第一代802.11标准发布以来，WiFi得到了极大的发展和普及。如今，WiFi已经成为用户上网的首选。在WiFi系统发展的过程中，每一代802.11标准都在大幅提升其速率。比如802.11ac的速度可以达到lGb/s，802.11ac标准运行在5GHz频段，比2.4GHz 802.11ah标准的802.11n或802.11g更快，理想情况下传输距离可以达到1km，从而实现更大的覆盖范围。802.11ah使用900MHz频段，运行速度大大降低，只能达到150 kb/s-18mb/s之间的速度，适用于短时数据传输的低功耗设备，是可选的物联网无线通信技术。
1.IEEE 802.11信道划分
IEEE 802.11以载频划分为2.4GHz频段和5GHz频段，再划分为多个子信道。
1)2.4GHz频段
IEEE 802.11工作组和国家标准GB15629.1102共同规定2.4GHz工作频段为2.4~2.4835GHz，子信道数为12个，宽带为22MHz。每个国家不一样，渠道是1~11，美国可以用。欧盟国家数量为1~13个；中国是1号~ 13号，如图1。
图1 2.4GHz频段划分
从图1可以看出，在2.4GHz频段，大部分频点相互重叠，只有三个频点可以同时使用。
2)2.5GHz频段
IEEE 802.11工作组在5GHz频段选择了555MHz的带宽，分为三个频段，频率范围分别为5.150~5.350GHz、5.470~5.725GHz和5.725~5.850GHz。2002年，我国工信部规定5.725~5.850GHz为中国大陆的5.8GHz频段，信道带宽为20MHz，可用频率为125MHz，共5个信道，如图2所示。
图2 5.8GHz频段划分
2012年，工信部发布了无线接入系统5.150-5.350GHz频段资源。新信道是八个20MHz带宽。由于5GHz频段的13个信道没有叠加，这13个信道可以在同一区域覆盖，最后8个信道只能用于室内应用，如图3所示。
图3 5GHz频段划分
2.IEEE 802.11ah分频
IEEE 802.11ah是1GHz以下频段的WLAN标准，支持1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz的带宽。中国的频道分为755MHz至787MHz频段，包括32 lMHz、4 2MHz、2 4MHz和1 8MHz带宽。79 ~ 787 MHz频段支持多种带宽，高速应用优先级最高，支持高达10mW的传输功率。从75 MHz到779 MHz的频带被分成24个频带，带宽为1MHz。低速率应用具有更高的优先级，并且支持5mW的最高传输功率。
3.副载波
IEEE 802.11ah子载波分为2MHz和1MHz以上带宽的系统。对于2MHz系统，子载波位置分布从IEEE 802.11ac标准向下转换10倍。例如，IEEE 802.11ah中2MHz、4MHz、8MHz和16MHz的子载波分布与IEEE 802.11ac中20MHz、40MHz、80MHz和160MHz的子载波分布是一致的，而1MHz是IEEE 802.11ah所独有的，它采用32点IFFT，包括一个DC分量、为空预留的5个保护子载波、位于7个位置的2个导频子载波和24个数据子载波，如图4所示。
图4子载波分配
4.物理帧结构
IEEE 802.11ah定义的物理层汇聚处理协议数据单元PPDU的结构可以分为两种:一种是带宽为2MHz以上的传输帧格式，类似于IEEE 802.11ac；另一种是IEEE 802.11ah提出的1MHz带宽传输帧，以提高覆盖范围。
2MHz带宽帧格式继承了IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac的物理层帧格式。短训练字段中的符号数量与IEEE 802.11n中的相同。在每个符号中，STF占用12个非零子载波。长训练字段对应于IEEE 802.11ac信号SIG中FFT长度相同的甚高速长训练字段，占用两个符号，每个符号都是Q-BPSK调制的。在这种模式下，2MHz、4MHz、8MHz和16MHz带宽中的STF、LTF和SIG字段分别对应IEEE 802.11ac的20MHz、40MHz、80MHz和160MHz带宽中的相应字段。如图5所示。
图5 PPDU结构
1MHz带宽的PPDU结构包括4个符号STF、4个符号LTF、6个符号SIG、n-1个LTF和数据域。MCS10被SIG强制用于调制编码，LTF1代表第一个长训练字段，用于符号定时、信道估计和精细频偏估计，LTF2~LTFn用于多天线信道估计。每个符号有32个子载波，FFT点数是32。与双保护间隔加两个连续LTS相比，图6所示的LTF1的格式在图7所示的LTF的基础上增加了两个LTS。
图6 PPDU结构
82.11各版本的性能参数如表1所示。
5.802.11ah应用场景
802.11ah定义了三种应用场景，其中第一种有望在物联网中得到广泛应用。
应用场景1:智能抄表。在这种场景下，IEEE 802.11ahAP主要作为端网，将传感器采集的数据传输到上层网络或应用平台。
图7智能抄表应用场景
应用场景二:智能抄表回传环节。在这种场景下，主要使用802.11ah作为回程链路，其次是802.15.4g等底层网络，从底层网络获取的数据传输到应用平台。
图8智能抄表回传链路应用场景
应用场景三:WiFi覆盖扩展。
图9 WiFi覆盖扩展应用场景
在这种场景下，802.11ah主要是扩展WiFi热点的覆盖范围，可以为蜂窝网络提供服务分流。
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