一、引言
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在2015年繼續(xù)成為信息技術(shù)領(lǐng)域的一個熱點。根據(jù)IDC的預(yù)測，到2020年全球?qū)⒂卸噙_250億個智能設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)上。隨著要連接的智能設(shè)備的數(shù)量迅猛增加，企業(yè)IT部門需要考慮采用何種技術(shù)將成千上萬的新設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)、以及它們對IT網(wǎng)絡(luò)的潛在影響。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過幾年時間的發(fā)展，從最初的以RFID電子標簽、遙測、機器對機器(M2M)通信技術(shù)為主的產(chǎn)品和服務(wù)，逐步擴展到基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備產(chǎn)品和服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能力和應(yīng)用空間有了極大的提升。盡管目前這些接入互聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備產(chǎn)品更多是出現(xiàn)在大眾消費市場，主要包括健康類和智能家居類的智能可穿戴設(shè)備，但可以預(yù)見在企業(yè)市場接入互聯(lián)網(wǎng)的智能設(shè)備的數(shù)量會加速增長。
物聯(lián)網(wǎng)依賴于通信技術(shù)使底層的“物”與更高層的、在互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備進行連接及信息交換。目前這些底層物體主要是通過無線通信技術(shù)把它們連接起來，常用的無線通信技術(shù)包括有WiFi、低功耗藍牙、ZigBee、RF、GPRS。近年來也出現(xiàn)許多新的無線通信技術(shù)標準和解決方案，比如ANT、Z-Wave、6LoWPAN、DASH6等。如何為企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)選擇適合的無線通信技術(shù)并規(guī)劃一個最優(yōu)的無線通信網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)IT部門應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨的一個挑戰(zhàn)。
二、企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中無線通信技術(shù)的選擇
市場上的無線通信技術(shù)種類繁多，針對某一企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)選擇適合的無線技術(shù)方案主要考慮以下三個因素：
● 應(yīng)用場景
● 技術(shù)性能
● 環(huán)境限制
1、應(yīng)用場景
在某些特定的應(yīng)用領(lǐng)域中已經(jīng)形成了一些更高層的行業(yè)標準，比如工業(yè)系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線Modbus和CAN open標準、醫(yī)療設(shè)備互聯(lián)的IEEE 11073標準、智慧照明系統(tǒng)中的控制標準等，與這些行業(yè)標準適配成為選擇無線通信技術(shù)的首要因素。
通常的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景如圖所示，企業(yè)現(xiàn)場內(nèi)的設(shè)備成為具有感知、分析、決策、控制等功能的智能設(shè)備和傳感器，這些智能設(shè)備和傳感器通過網(wǎng)絡(luò)與手持移動終端、控制電腦、智能診斷和管理系統(tǒng)進行互聯(lián)，從而使這些智能設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)控環(huán)境和過程的變化，進行實時優(yōu)化，提升企業(yè)管理的質(zhì)量和工作效率。
圖： 企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景
2、技術(shù)性能
在與應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)環(huán)境相適配的條件下，企業(yè)IT部門在選擇物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無線通信技術(shù)時將側(cè)重于技術(shù)性能的要求，用于評估選擇無線通信技術(shù)的幾個關(guān)鍵技術(shù)指標是：通信范圍與傳輸速率、功耗、安全性、擴展性。
通信范圍與傳輸速率：這是一對相互平衡的技術(shù)指標。工作于千兆以下頻段的無線通信協(xié)議可以傳輸更遠的距離(千米級)、有更好的穿越障礙物的能力，但數(shù)據(jù)傳輸速率較低(Kbps級);工作于2.4G和5G甚至更高頻段的無線通信協(xié)議可以在有限的范圍內(nèi)(幾十米至上百米)以較高的速率(幾十Mbps至幾百Mbps)進行數(shù)據(jù)傳輸。
功耗：物聯(lián)網(wǎng)中的智能設(shè)備和無線傳感器，考慮到移動性和方便安放，常需要靠自帶電池供電。對于小型便攜式、需大量部署的智能設(shè)備，為降低對電池的維護成本，期望電池的壽命可以達到幾個月甚至幾年的時間。通信部分所消耗的能量占智能設(shè)備總功耗的主要部分，目前市場的低功耗藍牙、低功耗Zigbee等無線通信技術(shù)正是應(yīng)這一需要而發(fā)展。
安全性：隨著企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進程的推進，越來越多的智能設(shè)備接入，網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全問題將日益突出。無線通信信道的開放性使得黑客可以在開放的空間對無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)起攻擊，并給企業(yè)帶來重大損失。在平衡其它技術(shù)性能指標的同時，無線技術(shù)的安全保障機制是也一個重要的評估指標。
易擴展性：雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前在企業(yè)中的應(yīng)用還不多，接入設(shè)備的數(shù)量有限，但我們可以預(yù)見到在不遠的將來企業(yè)中需要接入的智能設(shè)備數(shù)會加速增長，要求選擇的無線通信技術(shù)可以方便的進行擴展，以滿足大量設(shè)備接入的需要。易擴展性包括系統(tǒng)性能易擴展性，能方便的擴展以滿足覆蓋范圍、通信容量和接入設(shè)備數(shù)量的增加;和系統(tǒng)管理易擴展性，當(dāng)接入的設(shè)備呈指數(shù)級增長時，IT人員仍可有效地對這些設(shè)備進行監(jiān)控和管理。
3、環(huán)境限制
在企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的無線通信技術(shù)的選擇上，除了以上對應(yīng)用場景、無線通信技術(shù)的性能指標的考慮外，對于實際應(yīng)用中物理環(huán)境的要求也是一個需要考慮的因素，比如在一些特殊的移動性強、位置偏遠的場合只能通過GPRS移動通信技術(shù)進行連接。
不同于普通的民用環(huán)境，企業(yè)應(yīng)用的物理環(huán)境更加復(fù)雜，環(huán)境中往往同時存在WiFi、藍牙、Zigbee、RF射頻等多種類型的無線信號，這些無線信號大多集中在2.4GHz的共享頻段上，存在同頻干擾;企業(yè)環(huán)境存在各種大型的電器設(shè)備會產(chǎn)生電磁信號，各種金屬物會對無線信號傳輸造成反射、散射，機械設(shè)備運轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生電磁噪聲，最終會影響無線通信的可靠性。
工作環(huán)境中的溫濕度條件、灰塵防護等級等也是物理環(huán)境的限制性要求之一。
三、WiFi無線通信技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢
WiFi無線通信技術(shù)最初作為IT局域網(wǎng)的一個標準而誕生，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)在企業(yè)的IT網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中作為一個成熟的標準被廣泛應(yīng)用。在企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場上還沒有形成一個占主導(dǎo)地位的無線通信技術(shù)標準，但綜合考慮物聯(lián)網(wǎng)在企業(yè)中的應(yīng)用場景、性能要求和環(huán)境限制等因素，WiFi無線通信技術(shù)有著較大的優(yōu)勢。
從企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景上來看(見上圖)，首先大部分的企業(yè)已廣泛使用WiFi設(shè)備，企業(yè)現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建立互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，不需要為物聯(lián)網(wǎng)再單獨建立新的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，這為新的WiFi設(shè)備接入提供了有力的基礎(chǔ)設(shè)施支持;其次，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)(智能診斷和管理系統(tǒng))是一些新的系統(tǒng)運行在企業(yè)現(xiàn)有的服務(wù)器、移動終端和電腦上，這些移動終端和電腦都具備了WiFi通信功能、并已經(jīng)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接在一起，企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采用WiFi標準可以保障與現(xiàn)存WiFi網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的通用性和互聯(lián)性;第三，WiFi通信是一個成熟的標準，內(nèi)置完整的TCP/IP通信協(xié)議，提供了基于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面向應(yīng)用的API接口，在進行應(yīng)用軟件開發(fā)時只需關(guān)注在應(yīng)用層如何調(diào)用數(shù)據(jù)交換的指令，使得物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實施和管理變得簡單易行。
從技術(shù)性能上來看，WiFi通信協(xié)議工作在2.4GHz和5GHz的ISM頻段上，有著最高的傳輸速率和通信容量，同時WiFi聯(lián)盟還在發(fā)展采用低于1GHz的頻段進行通信、以較低的功耗但仍能有100kbps以上傳輸速率進行1公里以上距離傳輸?shù)?02.11ah標準，和采用高頻60 GHz頻段進行通信、在有限距離內(nèi)以幾乎無限的帶寬(高達7Gbps)傳輸?shù)?02.11ad標準，與其它的無線通信技術(shù)相比，WiFi可以采用工作在更多的頻段上，滿足不同的通信范圍和傳輸速率的需要;WiFi的安全訪問保障機制經(jīng)過在企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)中的驗證和完善，目前企業(yè)中廣泛采用的WPA2無線加密協(xié)議是無線通信技術(shù)中安全性最高的協(xié)議。
從環(huán)境限制上看，WiFi技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生出許多成熟的企業(yè)級產(chǎn)品，WiFi的2.4GHz和5GHz通信頻段在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，通過分頻和跳頻技術(shù)，可以更好的抵抗其它通信協(xié)議的干擾，并與不同的設(shè)備和通信協(xié)議共存。
功耗是WiFi無線技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)市場中被廣泛采用的一個障礙，尤其對于高移動性的智能可穿戴設(shè)備類的應(yīng)用。WiFi通信技術(shù)需要運行額外的協(xié)議指令，比其它的無線通信技術(shù)(比如低功耗藍牙)要消耗更多的功率。如果降低WiFi的功率，又會顯著影響WiFi的通信性能。IEEE的無線通信標準委員會已經(jīng)著手在新的低功耗WiFi的標準制定，有望在不久的將來能在WiFi功耗指標上獲得改善。
四、WiFi無線通信技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中需注意的問題
市場上有種類繁多的WiFi網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和技術(shù)方案，這些WiFi產(chǎn)品在性能上是有差異的。企業(yè)的IT人員在為物聯(lián)網(wǎng)選擇WiFi產(chǎn)品和設(shè)計網(wǎng)絡(luò)方案時，技術(shù)上需要著重考慮下面的幾個因素：
1、易擴展性：企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用會帶來大量新的設(shè)備連接到WiFi網(wǎng)絡(luò)上，選擇支持IPv6的WiFi產(chǎn)品具有充足的IP地址資源，可以為每一個接入的智能設(shè)備分配一個地址，支持海量設(shè)備的接入。對于物理環(huán)境分散、IT人員有限的情況，選擇基于云管理平臺的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是最佳的實現(xiàn)易擴展性的架構(gòu)，并能有效提升在本地的通信傳輸性能。
2、安全性：對于企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用選擇帶有強加密的(WPA2)的WiFi網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品;由于對物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊來自于空中，需要選擇無線網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品對無線信號的空間進行定期掃描，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全漏洞;也可選擇全自動的無線入侵防御設(shè)備，全天候掃描和保障無線空間的安全。
3、通信范圍和傳輸速率：許多企業(yè)IT開始規(guī)劃將無線網(wǎng)絡(luò)升級至802.11ac標準，802.11ac標準的WiFi工作在5GHz頻段，傳輸帶寬可達1Gbps，有足夠大的容量支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。企業(yè)在規(guī)劃802.11ac標準WiFi升級時，需同時兼顧將來企業(yè)對低功耗、低頻段、長距離WiFi產(chǎn)品的支持。
五、結(jié)語
今天，物聯(lián)網(wǎng)在企業(yè)中的應(yīng)用開始起步，基于不同無線通信技術(shù)的產(chǎn)品，包括WiFi、藍牙、ZigBee、GPRS等，都有在企業(yè)中開始小規(guī)模的應(yīng)用。這些不同的無線通信技術(shù)各有特點，在各自特定的應(yīng)用場景下有著成功的示范。由于WiFi無線技術(shù)在企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)中的普遍應(yīng)用、功能強大、可以提供最大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和速率、最好的安全保障，WiFi網(wǎng)絡(luò)可以作為一個統(tǒng)一的平臺供各種設(shè)備、用戶進行接入和信息交換。
WiFi標準在企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，考慮到物聯(lián)網(wǎng)需要大量設(shè)備接入的特殊性，結(jié)合IPv6、云管理平臺、無線入侵防御等技術(shù)，將使得WiFi技術(shù)成為在企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最具發(fā)展前途的無線通信技術(shù)標準。
（轉(zhuǎn)載）
