五种无线通信协议及其特点

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物联网的无线通信技术有很多,主要分为两类:

一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术

另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。 LPWAN可以分为两类:一类是LoRa、SigFox等工作在免授权频谱的技术; 另一种是工作在授权频谱并得到3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,例如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

下面主要介绍:LoRa; NB-物联网; 紫蜂; 无线上网; 蓝牙和BLE。

1.洛拉

LoRa是Long Range的缩写,是LPWAN通信技术之一。 它是美国Semtech公司采用和推广的基于扩频技术的超远距离无线传输解决方案。 该方案改变了以往传输距离和功耗之间的权衡,为用户提供了一个简单的系统,可以实现长距离、长电池寿命和大容量,从而扩展传感器网络。 目前,LoRa主要运行在全球免费频段,包括433、868、915 MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本等特点。

LoRaWAN是一套基于LoRa物理层传输技术的协议标准,主要基于MAC层。 它对应于OSI七层模型中的数据链路层(MAC层)。 LoRaWAN消除了特定硬件的不兼容问题,同时还实现了多通道接入、频率切换、自适应速率、通道管理、定时发送和接收、节点接入认证和数据加密、漫游等功能。

常见的LoRa模块通常实现物理层通信。 要实现LoRaWAN功能,需要使用软件来实现LoRaWAN协议。 要实现网络通信功能,还需要网关。

2. 窄带物联网

NB-IOT,窄带物联网(NB-IoT)。 NB-IoT建立在蜂窝网络上,仅消耗约180KHz带宽。 可直接部署在GSM网络、UMTS网络或LTE网络上,降低部署成本,实现平滑升级。

NB-IoT是物联网领域的一项新兴技术,支持广域网中低功耗设备的蜂窝数据连接,也称为低功耗广域网(LPWAN)。 NB-IoT支持待机时间长、网络连接要求高的设备的高效连接。 据称,NB-IoT设备的电池寿命可以提高到至少10年,同时还提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

NB-IOT介绍:

3. ZigBee (IEEE 802.15.4)

LPWAN 是当前无线技术中发展最快的组织。 ZigBee 是专为 M2M 网络设计的开放式全球标准。

该技术成本低、功耗低、延迟低、占空比低,使产品能够最大限度地延长电池寿命,是许多工业应用的理想解决方案。 ZigBee 协议提供 128 位 AES 加密。 此外,该技术还支持Mesh网络,允许网络节点通过多条路径连接在一起。

ZigBee无线技术最常用的应用场景是智能家居设备领域。 该技术能够同时将多个设备连接在一起,使其成为家庭网络环境的理想选择,允许用户通过各种智能设备相互通信。

ZigBee 联盟最近对该技术进行了标准化,希望使连接更加兼容和通用。 目前,所有 ZigBee 设备都无法与不同制造商的其他 ZigBee 设备直接通信。 希望标准化的建立能够纠正这个问题,并使这些设备能够向最终用户提供统一的功能。

4. 无线网络(IEEE 802.11)

WiFi 使用无线电波 (RF) 来允许两个设备相互通信。 该技术通常用于将电脑、平板电脑、手机等设备连接到路由器以访问互联网。 事实上,它可以用来连接任意两个硬件设备。 WiFi 是一种运行在 IEEE 开发的 802.11 标准上的本地无线网络。

WiFi 可以使用全球 2.4GHz UHF 频段和 5GHz SHF ISM 无线电频段。 WiFi 联盟对某些产品进行了认证,允许它们贴上“Wi-Fi 认证”标签。 要获得此称号,产品必须通过联盟的互操作性认证测试。

802.11b、802.11g 和 802.11n 在 2.4GHz ISM 频段上运行。 该频段容易受到某些蓝牙设备以及某些微波炉和手机的干扰。

在上述两个频段上运行的设备无需 FCC 许可证即可在美国运行,但仍需要 FCC 第 15 部分认证。 每个频道的前六个频道被视为专用无线电频段的一部分。

5. 蓝牙和BLE (IEEE 802.15.1)

蓝牙和低功耗蓝牙 (BLE)(有什么区别?)都是用于短距离数据传输的无线技术。 该技术通常用于连接用户手机和平板电脑的小型设备。 例如,该技术多用于各种语音系统。

低功耗蓝牙的功耗比标准蓝牙低,用于健身追踪器、智能手表或其他连接设备以实现无线数据传输的小型硬件,而不会显着影响电池电量。

BLE 最近才开始广泛应用。 该技术最初由智能手机制造商诺基亚于 2006 年推出,但直到 2010 年才成为蓝牙标准的一部分。 如今,BLE 被称为智能蓝牙,得到大多数智能手机和计算机制造商以及大多数主要操作系统(包括 Windows 8、OS X、Linux、Windows Phone、Android 和 iOS)的支持。

蓝牙使用 UHF 无线电波进行数据传输。 该技术最初被标准化为 IEEE 802.15.1,但如今 IEEE 不再维护该特定标准。