当前物联IOT应用的10大短距离无线通信技术

 当前物联IOT应用的10大短距离无线通信技术

想不到物联IOT应用短距离无线通信技术种类还挺多的,除了我们耳熟能详的WIFI、蓝牙、Zigbee之外,还有华为Hilink协议、Mesh、Thread、Z-Wave、NFC、UWB 、LiFi等等。

WiFi/IEEE 802.11协议

WiFi,全称Wireless-Fidelity,无线保真,是无线区域网(WLAN)中的一个标准。从1999年推出以来一直是是我们生活中较常用的访问网际网路的方式之一。通常WiFi技术使用2.4GHz和5GHz周围频段,通过有线网络外接一个无线路由器,就可以把有线信号转换成WiFi信号。 WiFi标准家族还有802.11a、802.11b、802.11g、802.11n。

2016年WiFi联盟最新公布的802.11ah WiFi标准—WiFi HaLow,使得WiFi可以被运用到更多地方如:小尺寸、电池供电的可穿戴设备同时也适用于工业设施内的部署,以及介于两者之间的应用。 HaLow采用900MHz频段,低于当前WiFi的2.4GHz和5GHz频段。更低功耗,同时HaLow的覆盖范围可以达到1公里,信号更强,且不容易被干扰。这些特点使得WiFi更加顺应了物联网时代的发展。

优点:覆盖范围广,数据传输速率快。

缺点:传输安全性不好,稳定性差,功耗略高,组网能力差。

蓝牙/IEEE 802.15.1协议

蓝牙技术最早始于1994,由瑞典爱立信研发。它采用调频技术(Frequency-hopping Spread Spectrum),通信频段为2.402G Hz-2.480GHz。截止目前为止已经更新了9个版本,分别为蓝牙1.0/1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0/4.1/4.2,通信半径从几米到几百米延伸。

在微信和百度云还不太普及的时候,我们总是习惯打开手机里的蓝牙设备,把手机上好玩好看的东西分享给周围的朋友。蓝牙技术被广泛的使用在手机,PDA等移动设备上,PC、GPS设备以及大量的无线外围设备(蓝牙耳机、蓝牙键盘等)。

蓝牙技术也紧跟物联网的发展脚步。最新的蓝牙4.2数据传输速率可达1Mbps、隐私功能更强大,Ipv6网络支持。在智能家居领域,采用了Bultooth Smart技术的蓝牙设备之间可以不通网络就能实现设备与设备之间的「对话」。由此可以解决突然断网没有了WiFi的情况下,智能家居设备们仍将可以继续工作。

优点:速率快、低功耗,安全性高。

缺点:网络节点少,不适合多点布控。

ZigBee/802.15.4协议

Zigbee被正式提出来是在2003年,它的出现是为了弥补蓝牙通信协议的高复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等缺陷。名称取自于蜜蜂,蜜蜂 (bee)是靠飞翔和「嗡嗡」(zig)地抖动翅膀的「舞蹈」来与同伴传递花粉所在方位信息,依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

ZigBee可工作在三个频段868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz,其中最后一个频段世界范围内通用,16个信道,并且该频段为免付费、免申请的无线电频段。三个频段传输速率分别为20kbps,40kbps以及250kbps。

ZigBee采用自组网的方式进行通信,也是无线传感器网领域最为著名的无线通信协议。在无线传感器网络中,当某个传感器的讯息从某条通信路径无法顺畅的传递出去时,动态路由器会迅速的找出另外一条近距离的信道传输数据,从而保证了信息的可靠传递。

ZigBee不算主流的无线通讯技术,但却以其低功耗、低成本,低速率、高容量、长时间的电池寿命的特点深受一些厂家的追捧。例如,2015年小米推出的系列家庭智能产品,全都支持ZigBee通信,以及最近推出的小米温湿度传感器。

优点:安全性高,功耗低,组网能力强,容量大,电池寿命长。

缺点:成本高,抗干扰性差,ZigBee协议没有开源,通信距离短。

Mesh/IEEE 802.11s协议

无线Mesh网络,被称为廉价「Last Mile「宽频接入方案,它利用多跳无线网状结构为移动用户提供宽频接入。Mesh是WLAN与移动Ad Hoc(点对点)网络的结合。与WLAN相比,各网络终端之间可以对等的进行直接通信,不再需要经过AP(基站)转发,且覆盖范围更大。与Ad Hoc相比,由于具有固定和电源充足的主干路由器,在移动性和功耗上可不用考虑太多。

优点:网络部署快,无需复杂配置;网络稳定,任意节点坏了,不影响其他设备数据传输;网络覆盖范围大,可以和多种宽频无线接入技术(如WLAN、WiMAX、UWB、3G等)相结合组成更大的多跳网状结构。

缺点:具有一定的延迟性,不适于实时监控的应用领域,网络容量有限。

Thread /IEEE 802.15.4协议

Thread和ZigBee同属802.15.4,但是针对802.15.4做了很大的改进。 Thread是建立在IPv6的基础之上的一个协议,无论在传输安全,还是系统可靠性上都做了非常棒的优化。它既可以承载高通海尔数十企业组物联网盟AllSeen,也可以支持苹果的Homekit智能家居平台。谷歌旗下的Nest将Thread定为家庭物联网的唯一通讯协定,随后Nest发起产业联盟,联盟成员共同推广Thread协议,Thread短距离通信上面也是大有可为。

Z-Wave协议

Z-Wave无线组网规格于2004年提出,由丹麦的晶片与软体开发商Zensys主导,Z-wave联盟推广其应用。 Z-Wave工作频率美国908.42MHz、欧洲868.42MHz,采用无线网状网络技术,因此任何节点都能直接或间接地和通信范围内的其它临近节点通信。数据速率包括9.6kbps和40kbps.输出功率为1mW和0dBm。信号的有效覆盖范围在室内是30m,室外可超过100m。 Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于短距离、窄带宽的应用场合。

Z-Wave专注于家庭自动化,在欧美国家比较流行,进入中国市场较Zigbee晚,市场份额也远远不及Zigbee,且由于频带划分的原因,虽能在中国发展,但也是走得小心翼翼。

优点:结构简单,低速率,低功耗,低成本,相对ZigBee传输距离远,可靠性高。

缺点:标准不开放,晶片只能通过Sigma Designs这一唯一来源获取。

NFC

NFC,近场通信,2002年由飞利浦半导体、诺基亚和索尼共同研发。 2004年,成立NFC论坛,致力于近场通信技术的标准化和推广,该技术由RFID及互连技术整合演变而来。 NFC是一种短距高频的无线电技术,工作频率在13.56MHz,20cm距离内。其传输速度有106 Kb/s、212 Kb/s或者424 Kb/s三种。通过卡、读卡器以及点对点三种业务模式进行数据读取与交换。

NFC与蓝牙技术功能类似,但传输速率和传输距离没有蓝牙快和远,同时功耗和成本都较低,保密性好,这些优点让它成为移动支付和消费类电子的宠儿。

近来,Apple Pay、Samsung Pay在移动支付领域闹得风声水起,NFC技术在未来移动物联世界里的重要性不言而喻。

华为Hilink协议

2015年12月,华为隆重推出自主研发的智能家居「三件套」—Hilink协议、Huawei-LiteOS系统以及IOT晶片。目前市场上各种网络终端用户互联互通协议已是百家争放,但相互之间似乎并不友好,相互孤立,各自闭门造车。 Hilink协议被誉为是智能设备之间的「普通话」,它能够自动发现设备并一键连接,同时兼容ZigBee、WiFi以及蓝牙等协议。

UWB

UWB,超宽频,一种无载波通信技术,利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,能在10m左右的范围内实现数百Mb/s至数Gb/s的数据传输速率。 UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势,主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。

比较有意思的是,UWB的标准化问题一直充满争议,这也间接的减慢了其推广的步伐。与蓝牙、802.11b、802.15 等无线通信相比,UWB可以提供更快、更远、更宽的传输速率,越来越多的研究者投入到UWB 领域。

LiFi

LiFi,光保真技术,是一种利用可见光波谱(如灯泡发出的光)进行数据传输的全新无线传输技术,由英国爱丁堡大学HaraldHass教授发明。 LiFi相当于Wi-Fi的可见光无线通信(VLC)技术,能利用发光二极体(LED)灯泡的光波传输数据,可同时提供照明与无线联网,且不会产生电磁干扰,有助缓解现今网络流量爆增的问题。

总结:各种传输技术,有其所长也有其所短,很希望看到他们在物联网的世界里大放异彩。我们也期待多几个华为这样的企业在行业里普及「普通话」,一起助力物联网产业,带我们走向更加安心舒适的现代化生活。

 

 

吴川斌

吴川斌

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