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物聯網應用中常用的5種無線通信技術簡析

來源:第一物聯網   編輯:第一物聯網

  目前,在物聯網通訊技術中最流行的是五種無線技術,即Sub-GHz、Zigbee、藍牙、WiFi、Z-Wave。其中WiFi技術和ZigBee這兩種技術最值得競爭,廣泛用于智能家居行業。

  一、ZigBee

  ZigBee是一種新興的近距離(10米—100米)、低速率(250Kbps標稱速率)、低功耗的無線網絡技術,具有低復雜度、低功耗、低速率、低成本、自組網、高可靠、超視距的特點,主要適合應用于自動控制和遠程控制等領域,可以嵌入各種設備。簡而言之,ZigBee就是一種便宜的、低功耗、自組網的近程無線通訊技術。而Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為 908.42MHz(美國)至868.42MHz(歐洲),采用FSK(BFSK/GFSK)調制方式,數據傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m,適合于窄帶寬應用場合,劣勢與ZigBee。

  在智能家居應用上優點也大有前途。ZigBee技術在智能家居中的應用,具有以下優點。

  一是抗干擾力強,Zigbee收發模塊使用的是2.4G直序擴頻、調頻技術,比起一般FSK,ASK和跳頻的數傳電臺來,具有更好的抗干擾能力;

  二是保密性好,ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能,加密算法采用通用的AES-128位,長達128位的密碼給ZIGBEE信號傳輸的保密性提供了保障;

  三是傳輸速度快,ZIGBEE傳輸數據多采用短幀傳送,傳輸速度快,實時性強;四是可擴展性強,ZIGBEE組網容易,自恢復能力強,便于在智能家居中進行擴展,增加新設備。

  ZigBee技術已經取得了絕對的領先地位,其在智能家居應用的最大優勢在于在全球普及較高,不同廠商生產的ZigBee產品也可以依據同一個標準方便地實現互聯互通,產品兼容性好。目前,ZigBee聯盟由300多個成員企業,包括Ember、Freescale、Schneider、華為、物聯傳感(中國區總部)等,它們共同推動ZigBee無線技術的發展,使其能成為應用于家用電器、能源、住宅、商業和工業領域的領先無線網絡連接、傳感和控制標準。

  二、藍牙技術

  藍牙技術最初由愛立信創制。1999年5月20日,索尼愛立信、IBM、英特爾、諾基亞及東芝等業界龍頭創立藍牙特別興趣組,制訂藍牙技術標準。藍牙是一種新式的無線傳送協議,用于在不同的設備之間進行無線連接,例如連接計算機和外圍設施。

  藍牙根據網絡的概念提供點對點或點對多點的無線鏈接。在任意一個有效通信范圍內所有設備的地位都是平等的。首先提出通信要求的設備稱為主設備(Master),被動進行通信的設備稱為從設備(Slaver)。利用時分多址(TDMA),一個主設備最多可同時與7個從設備進行通信并和多個從設備(最多可超過200個)保持同步但不通信。一個主設備和一個以上的從設備構成的網絡稱為藍牙的微微網絡。

  若兩個以上的微微網絡之間存在著設備間的通信,則構成了藍牙的分散網絡(Scatternet);赥DMA原理和藍牙設備的平等性任一藍牙設備在網絡中既可作主設備又可作從設備還可同時兼作主、從設備。所以它是典型的無中心網絡具有自然靈活的組網方式藍牙網絡具有Adhoc的特性,各個設備可以方便地進入和離開網絡,不需要額外的網絡配置。只是為了完成適當的網絡功能,要有一定的初始配置工作。

  藍牙技術盡管是目前較為先進的無線網絡技術,而且已經在很多設備進行互操作中逐漸普及,但對于許多消費電子設備而言,利用它來作為電纜的替代方案,在成本和功耗方面還很難令人滿意。

  由于藍牙技術協議較復雜,功耗高,成本高,傳輸范圍受限,一般有效的范圍在10米左右,抗干擾能力不強、信息安全性差,使其并不太適用于要求低成本、低功耗的工業控制和家庭網絡,并制約其進一步發展和大規模應用。與藍牙和WIFI不同,但是Z-Wave和Zigbee技術對比并無明顯優勢,依然是ZigBee在智能家居中有著更加廣泛的應用。

  三、Wi-Fi

  Wifi相對于其他無線技術的優點:

  Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟(Wi-FiAlliance)所持有,目的是改善基于IEEE802.11標準的無線網路產品之間的互通性。

  Wi-Fi 俗稱無線寬帶是一種短程無線傳輸技術,能夠在數百英尺范圍內支持互聯網接入的無線電信號。隨著技術的發展,以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等標準的出現,現在IEEE 802.11 這個標準已被統稱作Wi-Fi。而如意?云更是采用最新的IEEE 802.11ac,它是一個802.11無線局域網(WLAN)通信標準,它通過5GHz頻帶(也是其得名原因)進行通信。理論上,它能夠提供最少1Gbps帶寬進行多站式無線局域網通信,或是最少500Mbps的單一連接傳輸帶寬。

  Wi-Fi技術突出的優勢:

  一,無線電波的覆蓋范圍廣,半徑則可達100米,辦公室自不用說,就是在整棟大樓中也可使用, 可以實現從最簡單的一個控制器控制一個燈的開關直到復雜的全家燈光、窗簾、空調、門禁、電器設備的全面智能控制,廣泛用于智能家居及智能建筑行業。

  二,傳輸速度非?,可以達到11mbps,符合個人和社會信息化的需求。此外,它還具有低成本,低功耗的特點,符合“低碳生活”的綠色智能家居概念。WIFI的優勢也是應用廣泛,已經普及到千家萬戶。  

  四、Sub-GHz:長距離和低功耗通信的理想選擇

  無線傳播與頻率成反比,在低功耗、長距離通信或穿墻能力上,sub-GHz射頻更有優勢。對于許多應用,433MHz成為2.4GHz的全球替代品(但日本不允許其用于無線應用);868MHz和915MHz的設計可用于美國和歐洲市場。有許多可用的無需授權或需要授權的頻段,對于系統集成商來說,既可選擇在某些特定區域進行性能優化,或者配合公共事業公司在廣闊區域設計系統。在這種多樣化中,與2.4GHz頻段相比,sub-GHz頻段頻譜干擾更少。干擾較少的頻段能提高網絡的整體性能,減少傳輸中的重傳次數。

  第三方和基于標準的網絡協議?捎糜趕ub-GHz射頻,但許多廠商仍選擇專用解決方案來針對其特定需求。許多無線協議面臨著一個問題,接口要不斷激活 “監聽”網絡中通信。數據發射比數據接收消耗更多的能量,但是發射是短暫的,并且有長時間間隔,因此長期平均能耗通常更低。在許多無線協議中,接收器不知道消息何時到來。因此不得不保持監聽以便不丟失任何數據,因此即使沒有消息,接收器也不能完全關閉能耗。這種情形將限制節點的電池自主權,需要對電池定期更換或充電。

  Sub-GHz收發器,例如Silicon Labs Si446x EZRadioPRO IC,支持從119MHz-1050MHz的頻率范圍,最大146dB的鏈路預算,以及休眠模式下僅需50nA電流消耗。為了減輕多徑衰落的影響,EZRadioPRO芯片支持雙天線,并在芯片內集成天線分集邏輯算法。通過采用跳頻和時鐘同步技術相結合的方法,系統集成商能夠在協調器和終節點之間實現跨越數公里的sub-GHz網絡,同時終節點采用單電池可運行十年以上。由此系統集成商能夠采用少量協調器即能可靠覆蓋特定區域,并且把終節點放置在主電源無法連接的地方。

  五、Z-Wave

  Wave:Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲),采用FSK(BFSK/GFSK)調制方式,數據傳輸速率為9.6kbps,信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m,適合于窄帶寬應用場合。隨著通信距離的增大,設備的復雜度、功耗以及系統成本都在增加,相對于現有的各種無線通信技術,Z-Wave技術功耗和成本都有較大優勢。

  Z-Wave技術在最初設計時,僅定位于智能家居無線控制領域,可用于住宅、照明商業控制以及狀態讀取應用,例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。 Z-Wave采用小數據格式傳輸,40kb/s的傳輸速率來以應對,早期甚至使用9.6kb/s的速率傳輸。與ZIGBEE無線技術相比,擁有較低的傳輸頻率、相對較近的傳輸距離和一搬的價格都不及ZigBee,并且在通用性、安全性等方面,Z-Wave也相對要差。

  Z-Wave是由丹麥公司Zensys所一手主導的無線組網規格,Z-wave聯盟(Z-waveAlliance)雖然沒有ZigBee聯盟強大,但是Z-wave聯盟的成員均是已經在智能家居領域有現行產品的廠商,目前該聯盟已經具有160多家國際知名公司,范圍基本覆蓋全球各個國家和地區。尤其是國際大廠思科(Cisco)與英特爾(Intel)的加入,也強化Z-wave在家庭自動化領域的地位。就市場占有率來說,Z-Wave在歐美普及率比較高,知名廠商如(NWD)華頓,wintop,Leviton,control4等。
 

關鍵字:無線技術
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