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关于物联网应用中的短距离无线通信
作者:  浏览量:  发布时间:2018-03-08 15:03:13

华为Hilink协议、WiFiIEEE 802.11协议)、Mesh、蓝牙、ZigBeeThreadZ-WaveNFCUWBLiFi

       华为Hilink协议

       去年12月,华为隆重推出了自主研发的智能家居三件套”—Hilink协议、Huawei-LiteOS系统以及IOT芯片。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不通话,它能够自动发现设备并一键连接,同时兼容ZigBeeWiFi以及蓝牙等协议。

       WiFi/IEEE 802.11协议

       WiFi,全称Wireless-Fidelity,无线保真,是无线局域网(WLAN)中的一个标准。从1999年退出来一直是我们生活中比较常用的访问互联网的方式之一。通常WiFi技术使用2.4GHz5GHz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802.11a802.11b802.11g802.11n

       2016WiFi联盟最新公布的802.11ah WiFi标准—WiFi HaLow,使得WiFi可以被运用到跟多地方:小尺寸、电池供电的可穿戴设备用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,低于当前的WiFi2.4GHz5GHz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,并且不容易被干扰。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。

       Mesh/IEEE 802.11s协议

       无线Mesh网络,被称为廉价“Last Mile”带宽接入方案,它利用多跳无线网状结构为移动用户提供带块接入。MeshWLAN以移动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以不用考虑太多。

       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,可以和多种宽带无线接入技术(如WLANWIMAXUWB3G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,不适合于实时监控的领域,网络容量有限。

       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2.402GHz-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。蓝牙技术被管广泛地使用在手机、PDA等移动设备上,PCGPS设备以及大量的无线设备(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WiFi的情况下,智能家居设备们任然可以继续工作。

优点:速度快、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被证实提出来是在2003年,他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。名字取自于蜜蜂,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可以工作在三个频段868MHz-868.6MHz902MHz-928MHz2.4GHz-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20kbps40kbps以及250kbps

ZigBee采用自组网的方式进行通信,也是无线传感器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路竟无法顺畅的传递出去时,动态路由器会迅速地找出另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,但却可以以其低功耗,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,低功耗,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。

Thread/IEEE 802.15.4协议

ThreadZigBee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家企业组物联网联盟AllSeen,也可以支持苹果的Homekit智能家居平台。谷歌旗下的NestThread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无线组网规定于2004年提出,由丹麦的芯片与软件开发商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他临近节点通信。数据速率包括9.6kbps40kbps,传输功率为1mW0dBm。信号的有效覆盖范围在室内是30m,室外可超过100mZ-Wave是一种新型的基于射频频、低功耗、低成本、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,虽然在中国发展,但也是走得小心翼翼。

优点:结构简单,低速率,低功耗,相对ZigBee传输距离远,可靠性高。

缺点:标准不开放,芯片只能通过Sigma Designs之一唯一来源获取。

NFC

NFC,进场通信,2002年有飞利浦半导体、诺基亚和索尼共同研发。2004年,成立NFC论坛,致力于进场通信技术的标准化和推广,该技术由RFID及互联技术整合演变而来。NFC是一种短距离高频的无线电技术,工作在频率13.56MHz20cm距离内。其传输速率有106kb/s212kb/s或者424kb/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和交换。

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,这些优点让他可以成为移动支付和消费类电子的宠儿。

近来,apple paysamsung pay在移动支付领域闹得分生水起,NFC技术在未来移动互联世界的重要性不言而喻。

UWB

UWB,超带宽,一种无载波通信技术,利用纳秒至微秒级的非正弦窄波脉冲传输数据,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具有刚干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势,主要应用于室内通讯、高速无线WLAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、定位测定、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、802.11b802.15等无线通信相比,UWB可以提供更块、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WiFi的可见光无线通信(VLC)技术,能利用发光二极管(LED)灯泡的光波传输数据,可同时提供照明与无线联网,并且不会产生电磁干扰,有助于缓解现今网络流量暴增的问题。

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