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物联网中较常用的无线通信语言及技术

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供稿:中国工控网 2016/4/1 12:25:30

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语言是人与人之间沟通交流的桥梁,不同国家,不同民族在交往的过程中需要语言。同样,在物联网的时代当机器需要交流的时候,也需要按照相互之间可以听懂的语言进行。今天,我们就来叭一叭那些在物联网中比较常用的无线短距离通信语言及技术--华为Hilink协议、WiFi(IEEE802.11协议)、Mesh、蓝牙、ZigBee、Thread、Z-Wave、NFC、UWB、LiFi。

  


    物联网中交常用的无线通信技术
  
  去年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“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。
  

  
  WiFi,全称Wireless-Fidelity,无线保真,是无线局域网(WLAN)中的一个标准。从1999年推出以来一直是是我们生活中较常用的访问互联网的方式之一。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802.11ahWiFi标准—WiFiHaLow,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。
  

  
  无线Mesh网络,被称为廉价“LastMile“宽带接入方案,它利用多跳无线网状结构为移动用户提供宽带接入。Mesh是WLAN与移动AdHoc(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AdHoc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,可以和多种宽带无线接入技术(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。
  
 
  
  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-hoppingSpreadSpectrum),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BultoothSmart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。
  

  
  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无线组网规格于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,芯片只能通过SigmaDesigns这一唯一来源获取。
  
  
  
  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106Kb/s、212Kb/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,applepay、samsungpay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。
  

  
  UWB,超宽带,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,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,能利用发光二极管(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。
  
  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。

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新闻来源: 物联网世界 css

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