．你不可不知的 11 個物聯網應用的無線通信傳輸協議

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

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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。