cookieOptions = {...}; .你不可不知的 11 個物聯網應用的無線通信傳輸協議 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2017年4月10日 星期一


Types of Wireless Transmission, Wireless Technology,(MCA V) Gurukpo





來源:智慧計算


電子工程師和物聯網(IoT)的產品,和系統的應用程序開發人員,都有一個幾乎令人迷惑的連接選項。


許多通信技術是眾所皆知的,如WiFi、藍牙、ZigBee和2G / 3G / 4G蜂窩,但也有幾個新興的無線通信網路選項,如Thread作為家庭自動化應用的替代品,以及在主要城市實施的空白電視訊號傳送頻段技術,用於更廣泛的基於IoT的用例。

根據應用、範圍、數據要求,安全性和功率需求,以及電池壽命等因素,將決定某種形式的技術組合的選擇。這些是向開發人員提供的一些主要通信技術。

藍牙
重要的短距離通信技術,當然是藍牙技術,在電腦和許多消費品市場中,已經變得非常重要。預計在許多情況下,這是可穿戴產品的關鍵,儘管可能透過智慧手機,特別是連接到物聯網。


新的藍牙低功耗(BLE),或藍牙智慧(如現在已被標注)是物聯網應用的重要協議。重要的是,雖然它提供了與藍牙類似的範圍,但它的設計旨在顯著降低功耗。

但是,Smart / BLE,並不是真正設計用於文件傳輸,更適合於小塊數據。鑒於其在應用於智慧手機,和許多其他應用於行動設備上的廣泛整合。因此在許多應用無線傳輸技術的,個人設備環境中,肯定具有重大優勢。根據藍牙SIG,超過90%的藍牙智慧手機,包括iOS,Android和Windows的型號,預計到2018年將「智慧就緒」。

使用藍牙智慧功能的設備,包含了基於射頻收發器,基頻和協議棧的基本數據速率,和低能量核心配置的藍牙核心規範版本4.0(或更高版本 - 2014年底最新版本4.2) 。

重要的是,版本4.2透過其互聯網協議,支持配置文件,將允許藍牙智慧傳感器透過6LoWPAN,連接直接訪問互聯網。這種IP連接,使得可以使用現有的IP基礎設施,來管理藍牙智慧周邊設備。有關藍牙4.2的更多資訊,可從RS獲得各種藍牙模組。

標準:藍牙4.2核心規格
頻率:2.4GHz(ISM)
範圍:50-150米(Smart / BLE)
數據速率:1Mbps(Smart/ BLE)

Zigbee
ZigBee像藍牙一樣,具有大量的操作基礎,儘管傳統上在工業環境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee遠端控制(RF4CE),以及其他可用的ZigBee配置文件,均基於IEEE802.15.4協議,該協議是以2.4GHz,為目標的行業標準無線網路技術,針對的應用程序,需要相對不頻繁的數據交換,在限制區域內的距離,在100米範圍內,例如在家庭或建築物中。


ZigBee / RF4CE在複雜系統中,具有一些顯著的優勢,提供低功耗操作,高安全性,魯棒性和高可擴展性,具有高節點數量,並且有能力利用M2M和IoT應用中的,無線控制和傳感器網路。 

ZigBee的最新版本是最近推出的3.0版本,它基本上是將各種ZigBee無線標準,統一為單一標準。 ZigBee開發的示例產品和套件,包括TI的CC2538SF53RTQT ZigBee晶片上系統整合電路,和CC2538 ZigBee開發套件。

標準:基於IEEE802.15.4的ZigBee 3.0
頻率:2.4GHz
範圍:10-100米
數據速率:250kbps

Z-Wave
Z-Wave是一種低功耗射頻通信技術,主要用於諸如燈具控制器和傳感器之類的產品的家庭自動化。針對數據速率高達100kbit / s的小數據,數據包的可靠和低延遲通信,進行了優化,其工作在1GHz頻段,並且不受WiFi和其他無線技術,在2.4 GHz範圍內的干擾,如藍牙或ZigBee。


它支持全網狀網路,而不需要協調器節點,並且是非常可擴展的,可以控制多達232個設備。 Z-Wave使用比其他一些更簡單的協議,可以實現更快、更簡單的開發,但與其他無線技術(如ZigBee等)的多種來源相比,其所需的晶片支援,僅唯一由Sigma Designs製造。

標準:Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959
頻率:900MHz(ISM)
範圍:30m
數據速率:9.6 / 40 / 100kbit / s

6LowPAN
基於IP(Internet Protocol)的技術,是6LowPAN(IPv6低功率無線個人區域網路)。 6LowPAN不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協議技術,而是一種定義封裝,和前頭壓縮機制的網路協議。該標準具有頻段和物理層的自由度,也可以在多種通信平台上使用,包括乙太網、Wi-Fi、802.15.4和sub-1GHz ISM。


一個關鍵的屬性是IPv6(互聯網協議版本6)堆棧,這是近年來非常重要的引用,以實現物聯網。 IPv6是IPv4的後繼者,為世界上每個人提供大約5 x 1028個位址,使世界上任何嵌入式對象或設備,都擁有自己的唯一IP位址,並連接到互聯網。

例如,IPv6專為家庭或建築自動化設計,提供了一種基本的傳輸機制,可以透過低功耗無線網路,以強調成本效益的方式,生產複雜的控制系統和與設備進行通信。

該標準旨在透過基於IEEE802.15.4的網路,發送IPv6數據包,並實施開放IP標準,包括TCP、UDP、HTTP、COAP、MQTT和Websockets,該標準提供端對端可尋址節點,允許路由器將網路連接到IP。

 6LowPAN是一種網狀網路,具有強大的可擴展性和自癒性。網狀路由器設備,可以路由指定給其他設備的數據,而主機能夠長時間睡眠。

標準:RFC6282
頻率:(適用於各種其他網路媒體,包括藍牙智慧(2.4GHz)或ZigBee或低功率射頻(亞1GHz)
範圍:N / A
數據速率:N / A

Thread 
Thread是一種針對家庭自動化環境的,新型基於IP的IPv6網路協議。基於6LowPAN,它不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協議。然而,從應用的角度來看,它主要被設計為WiFi的補充,因為它可以辨識出WiFi連接的設備,對於許多消費者設備而言是有利的。


Thread於2014年中推出,免版稅協議基於各種標準,包括IEEE802.15.4(作為無線空中接口協議),IPv6和6LoWPAN,並為物聯網提供了一種,彈性的基於IP的解決方案。

 Thread專為從現有的IEEE802.15.4無線晶片供應商(如飛思卡爾和Silicon Labs)工作,Thread支持使用IEEE802.15.4無線電收發器的網狀網路,能夠處理多達250個具有高級別身份驗證,和加密的節點。相對簡單的軟體升級,允許用戶在現有的支持IEEE802.15.4的設備上,運行Thread。

標準: Thread線程,基於IEEE802.15.4和6LowPAN
頻率:2.4GHz(ISM)
範圍:N / A
數據速率:N / A

無線上網(WiFi)
WiFi連接通常是許多開發人員的明顯選擇,特別是考慮到局域網內家庭環境中WiFi的普及。這不需要進一步的解釋,除了現有基礎架構應用廣泛,並能提供快速的數據傳輸,和處理大量數據的能力


目前,在家庭和許多企業中,使用的最常見的WiFi標準是802.11n,其提供了在每秒數百兆比特的嚴格吞吐量,這對於高資料量檔案傳輸是很好的,但對於許多IoT應用來說,可能太耗電了。 

標準:基於802.11n(今天最常見的用途)
頻率:2.4GHz和5GHz頻段
範圍:約50m
數據速率:最大600 Mbps,但根據所使用的通道頻率,和天線數量(最新的802.11-ac標準應提供500Mbps至1Gbps),150-200Mbps更為典型。

Cellular蜂窩

需要更長距離運行的IoT應用程序,可以利用GSM / 3G / 4G蜂窩通信功能。雖然蜂窩電話顯然能夠發送大量的數據,特別是對於4G,但對於許多應用來說,費用和功耗將會太高,但是對於傳輸速度非常低的,基於傳感器的低頻寬數據項目來說,這是非常理想的互聯網上的數據量


該領域的一個關鍵產品,是SparqEE系列產品,包括原始的小型CELLv1.0低成本開發板,和一系列與Raspberry Pi和Arduino平台,一起使用的屏蔽連接板。

標準:GSM / GPRS / EDGE(2G),UMTS / HSPA(3G),LTE(4G)
頻率:900/1800/1900 / 2100MHz
範圍:GSM最大35km; HSPA最長200公里
數據速率(典型下載):35-170kps(GPRS),120-384kbps(EDGE),384Kbps-2Mbps(UMTS),600kbps-10Mbps(HSPA),3-10Mbps

NFC
NFC(近場通信)是一種技術,能夠實現電子設備之間的,簡單和安全的雙向交互,特別適用於智慧手機,允許消費者執行非接觸式支付交易,訪問數位內容和連接電子設備。本質上它擴展了非接觸式卡技術的能力,並使設備能夠在距離小於4cm的情況下共享資訊。


標準:ISO / IEC 18000-3
頻率:13.56MHz(ISM)
範圍:10釐米
數據速率:100-420kbps

Sigfox
Sigfox,它的傳輸範圍在WiFi和蜂窩之間。它使用可免費使用的ISM頻段,而不需要獲取許可證,以便在非常窄的頻譜範圍內,將數據傳輸到連接對象,和從連接對象傳輸數據。 


Sigfox的想法是,對於運行在小型電池上的許多M2M應用程序,只需要低級別的數據傳輸,則WiFi的範圍太短,而蜂窩電話費太貴,並且功耗太大。 

Sigfox使用一種稱為超窄頻(UNB, Ultra Narrow Bnad)的技術,僅用於處理每秒10至1,000位的低數據傳輸速度。與5000微瓦相比,蜂窩通信消耗的電量僅為50微瓦,或者可以透過2.5Ah電池,提供典型的待機時間20年,而蜂窩電話僅為0.2年。

Sigfox已經佈署在成千上萬個連接對象中,該網路目前正在歐洲主要城市推出,其中包括英國的十個城市。該網路提供了一個強大的,功率高效和可擴展的網路,可以與數百萬個電池供電設備,在幾平方公里的區域進行通信,使其適用於包括智慧電表、病人監視器、安全設備、街道照明和環境傳感器。 

Sigfox系統使用Silicon Labs等EZRadioPro無線收發器等矽晶片,為在1GHz以下頻段工作的無線網路應用,提供行業領先的無線性能擴展範圍,和超低功耗。

標準:Sigfox
頻率:900MHz
範圍:30-50公里(農村環境),3-10公里(城市環境)
數據速率:10-1000bps

Neul
與Sigfox相似,在1GHz頻段內運行,Neul利用電視白空間頻譜的小片,提供高可擴展性,高覆蓋率,低功耗和低成本無線網路。系統基於Iceni晶片,其使用白色空間無線電進行通信,由於類比到數位電視轉換,以訪問高品質的UHF頻譜,是一種為IoT設計的新型廣域無線網路技術,與現有的GPRS、3G、CDMA和LTE WAN解決方案大有競爭。


數據速率可以是在同一個單一鏈路上,從每秒幾位到100kbps的任何數據速率;並且設備可以從2xAA電池消耗,到20至30mA,這意味著在設備使用其可長達10至15年。

標準:Neul
頻率:900MHz(ISM),458MHz(英國),470-790MHz(白色空間)
範圍:10公里
數據速率:最少可達100kbps

LoRaWAN
在某些方面與Sigfox和Neul類似,LoRaWAN針對廣域網(WAN)應用,旨在為具有特定功能的低功率WAN提供支持,以便在IoT和M2M中,支持在智能城市和工業應用上,低成本行動網路安全雙向通信。


針對低功耗優化並支持,具有數百萬和數百萬台設備的大型網路,數據速率範圍為0.3 kbps至50 kbps。

標準:LoRaWAN
頻率:各種
範圍:2-5公里(城市環境),15公里(郊區環境)
數據速率:0.3-50 kbps。



                                                                                                                                                                                                                 

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