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      主流物联网无线技术都在这了!

      本文涉及:蓝牙,WiFi,BLE,Zigbee,Z-Wave,6LoWPAN,NFC,WiFi Direct,GSM,LTE,LoRa,NB-IoT和LTE-M。小隐根据它们的功能,数据速度和操作范围不同而成几个大类。

      作者:智能硬件大讲堂来源:今日头条|2019-12-10 16:18

      本文涉及:蓝牙,WiFi,BLE,Zigbee,Z-Wave,6LoWPAN,NFC,WiFi Direct,GSM,LTE,LoRa,NB-IoT和LTE-M。小隐根据它们的功能,数据速度和操作范围不同而成几个大类。

      一、点对点技术

      点对点即表示两个设备连接在一起以进行直接通信。通常只有两个设备可以参与对等连接。

      1. Bluetooth Classic (经典蓝牙)

      Bluetooth Classic (经典蓝牙)

      最知名的点对点无线技术当属蓝牙无疑了。将手机连接到蓝牙扬声器时,蓝牙扬声器是手机和扬声器之间即为点对点无线连接。

      由于相对较短的工作范围,蓝牙功耗相当低。它比WiFi消耗更少的功率,比蜂窝技术少得多,但仍远远超过蓝牙低功耗或Zigbee等技术。

      2. WiFi Direct

      大家都知道WiFi,但很少有人听说过WiFi Direct,即便是几乎所有手机和平板电脑都支持它。与蓝牙一样,但与传统WiFi不同,WiFi Direct是一种点对点无线技术。

      传统的WiFi设置了一个接入点,允许许多设备连接到它。但是,如果你想在没有接入点的情况下将数据直接从一个设备传输到另一个设备,该怎么办?这就是WiFi Direct发挥作用的地方。

      WiFi Direct使用与传统WiFi相同的基本技术。它使用相同的频率,并提供类似的带宽和速度。但是,它不需要接入点,允许两个设备具有类似于蓝牙的直接连接。

      WiFi Direct相对于蓝牙的优势主要是传输速度更快。事实上,WiFi Direct比蓝牙快一百倍。虽然这个速度是以功耗为代价,但是成本才是***的障碍。

      二、近场通信

      与本文中讨论的其他无线技术根本不同。NFC使用在两个线圈之间共享的电磁场进行通信,而所有其他无线技术发射无线电波。

      由于NFC通过两个电磁耦合在一起的线圈进行通信,因此工作范围很小。两个耦合线圈基本上形成具有空气芯的变压器。

      NFC最常见的用途是非接触式支付系统。虽然支付数据当然是加密的,但NFC的极短操作范围也有助于消除附近其他人破解交易的可能性。

      NFC允许使用无源NFC标签。在这种情况下,被动意味着没有电源。相反,无源标签由NFC读取器设备的电磁场供电。通信和功率传输都发生在两个耦合线圈之间。

      无源标签的优点是它们简单,便宜,小巧,并且几乎***期,因为没有电池;固峁┯性幢昵,其中包括电池。

      作为旁注,无线充电,通过将设备放置在充电垫上为设备充电,也可以利用两个耦合线圈之间的相同功率传输现象。

      三、低功耗/短程/低数据网格技术

      创建低功耗,低数据网络有四种常用技术:蓝牙低功耗,Zigbee,Z-Wave和6LoWPAN。

      如果我们的产品是电池供电的,并且需要在短距离内发送相对较少的数据,那么这四种技术中的一种可能是***解决方案。

      所有这四种技术支持的关键特性称为网状网络,有时也称为多对多网络。

      通常,要将数据从设备A发送到设备C,您必须在设备A和设备C之间形成直接连接。对于蓝牙和WiFi Direct等对等技术就是这种情况。

      但是通过网状网络,我们可以通过设备B将数据从设备A发送到设备C.数据从设备A发送到设备B,设备B然后将数据中继到设备C。这允许我们创建庞大的互连设备网络可以覆盖功率极低的大面积区域。

      例如,假设有26个标记为A到Z的设备,这些设备在每个设备之间以30米左右的距离间隔开。通常情况下,如果将设备A的数据一直发送到距离750米远的设备Z,则需要一台功率相当大的发射机。这需要具有大电池的产品。

      但是通过网状网络,我们可以将数据从设备A中继到设备B,再到设备C等,直到设备Z.没有一个设备必须传输超过一百英尺的数据,因此需要的功率由每个设备都小得多。

      网状网络可以打开很多非常有趣的应用程序。

      1. 蓝牙低功耗(BLE)

      蓝牙低功耗(BLE)

      蓝牙低功耗不仅仅是蓝牙经典的低能耗版本。事实上,它的应用程序与普通蓝牙完全不同。

      蓝牙LE可能是小隐参与过的项目中最常见的无线功能类型。

      BLE有许多应用,但最常见的一种是传输传感器数据。每分钟测量一次温度的传感器设备,或者每10分钟记录并传输其位置的GPS设备就是一些例子。

      在许多情况下,蓝牙LE产品仅使用小型纽扣电池供电。如果数据不经常发送,则从纽扣电池运行的BLE设备可能具有一年或更长的电池寿命。

      蓝牙LE受到手机和平板电脑的广泛支持,使其成为将产品与移动应用程序连接的理想解决方案。它还支持高达1Mbps的下降传输速度(经典蓝牙可以达到2-3 Mbps)。

      BLE支持网状网络,它允许最多32,767个设备的网状网络!

      除非你有充分的理由选择其他技术之一(Zigbee,Z-Wave和6LoWPAN),否则小隐强烈建议你使用蓝牙LE。它无疑是最简单的无线技术,功耗极低,是最受支持的技术。

      2. Zigbee

      Zigbee

      Zigbee是另一种短距离网络技术,在许多方面类似于具有类似应用的蓝牙LE。它使用相同的2.4 GHz载波频率,功耗极低,在类似范围内运行,并提供网状网络。

      实际上,Zigbee网状网络可以包含多达65,000个设备,这是蓝牙LE可以支持的两倍。但是,我还没有看到推动任何限制的应用程序。

      Zigbee主要用于家庭自动化应用,如智能照明,智能恒温器和家庭能源监控。它还常用于工业自动化,智能仪表和安全系统。

      3. Z-Wave

      Z-Wave是一种专有无线技术,主要与家庭自动化市场中的Zigbee和BLE竞争。

      与使用流行的2.4 GHz频段的BLE和Zigbee不同,Z-Wave使用低于1GHz的频段。如果你希望在全球范围内销售产品,则许多国家/地区的确切频段会有所不同。

      载波频率较低有两个显着优点:增加范围和减少干扰。较低频率的无线电波进一步传播。

      Z-Wave使用的频段往往没有那么拥挤。较低载波频率的缺点是数据传输速度较低,最终比蓝牙LE慢近10倍。

      Z-Wave支持最多232个设备的小型网状网络,这对大多数应用来说已经足够了。

      4. 6LoWPAN

      6LoWPAN是Zigbee的新竞争对手。主要区别在于6LoWPAN是基于IP的网络,如WiFi。与Zigbee和Z-Wave一样,6LoWPAN主要用于家庭自动化应用和智能电表。

      四、局域网(LAN)技术

      局域网(LAN)技术

      如果你的产品需要访问互联网,并且将始终在WiFi接入点附近使用,那么WiFi就是答案。由于其适度的覆盖区域,WiFi被称为局域网(LAN)技术。

      WiFi快速,便宜,易于实施,具有良好的操作范围,并且可以广泛使用。至少对于移动产品而言,WiFi的***缺点是功耗。由于功耗较高,如果您不需要WiFi提供的性能,通常***使用其他无线技术。

      五、远程蜂窝技术

      如果你的产品需要访问云,但它不会始终位于WiFi接入点附近,那么你的产品就可能需要蜂窝无线电进行长途通信。

      1. GSM / GPRS

      长期以来,用于数据传输的GSM(全球移动通信系统)与GPRS(通用分组无线电服务)相结合已成为不需要大量数据传输的产品最常用的蜂窝技术。这主要是由于GSM / GPRS硬件的广泛可用性和相对低的硬件成本。

      然而,世界上大多数蜂窝运营商都在逐步淘汰GSM,因此他们可以为需要大量数据传输的4G和5G智能手机释放更多带宽。

      最可能的选择是将硬件从GSM解决方案升级到LTE蜂窝技术,但随之而来的是价格大幅提升。

      2. LTE

      LTE是一种4G蜂窝技术,支持比GSM更快的数据速率。如果你的产品需要非常快速的蜂窝数据传输速度,那么LTE可能是***选择。

      但是,如果你的产品并不真正需要这种级别的数据速度,那么你将支付您根本不需要的硬件。嵌入式GSM模块,只需十几元,而LTE模块的价格可能超过140元。LTE的运营商服务成本也将明显高于GSM。

      随着物联网(IoT)设备的大量普及,这种技术选择的差距变得更加明显。不过,这个差距正在被低功耗远程技术所填补。

      六、低功耗远程技术

      如果你需要长距离,低数据通信,就像许多物联网产品一样,那么你的技术选择并不像其他应用那样清晰。这种类型的网络通常被称为LPWAN或低功率广域网。

      例如,如果你的产品在远程位置收集天气数据并自动将该数据上传到云,则可能需要LPWAN技术。正如小隐已经指出的那样,GSM或LTE蜂窝技术都不适合低数据速率应用。

      还有其他无线技术可以解决这个问题,包括LoRa,NB-IoT和LTE-M。不幸的是,这些都不是广泛支持的全球标准。这使得许多产品的实施具有挑战性或不可能性,具体取决于它们的销售地点。

      1. LoRa / LoRaWAN

      LoRa(Long-Range的缩写)可以在某些区域进行超过10公里的远距离通信,同时耗电量很小。它是Semtech在2012年收购的专有无线技术。

      LoRa是指底层技术,可以直接用于点对点通信。LoRaWAN是指上层网络协议。

      如果你正在寻找低功耗,长距离,点对点的解决方案,那么LoRa是一个很好的选择。你通常可以购买比LoRaWAN模块便宜的LoRa模块。

      如果希望产品连接到现有的LoRaWAN网络,则需要包含网络层的更昂贵的LoRaWAN模块。

      虽然LoRa的设计可以在很大范围内运行,但它并不是可以连接到移动网络的蜂窝技术。这使得它更简单,实施起来更便宜,但它的应用程序是有限的。

      例如,如果你的产品需要远程访问云,那么还需要提供LoRa网关设备以连接到Internet。网关设备连接到互联网,并与任何远程LoRa设备通信。

      假设在操作范围内没有LoRa网关,LoRa不为任何单个远程设备提供远程访问云的方法。

      2. NB-IT

      与LoRa / LoRaWAN不同,NB-IoT是一种蜂窝技术。这意味着它更复杂,实施起来更昂贵,并且消耗更多功率。但是,它提供更高质量的蜂窝连接和直接访问互联网。

      NB-IoT仅用于传输非常少量的数据。NB-IoT的***缺点是可用性有限。

      3. LTE-M

      如果你的产品需要比LoRa或NB-IoT支持的数据速率更高的远程蜂窝接入,那么LTE-M可能是***选择。

      该技术适用于需要直接连接到4G移动网络的物联网设备。它是LTE蜂窝技术的一个子集,针对小型电池运行的低数据速率设备进行了优化。

      LTE-M在几个关键方面与标准LTE不同。 首先,实施起来更便宜,其次,因为由于带宽更有限,可以使用更简单的芯片。

      其次,它针对降低功耗进行了优化,以免快速耗尽小电池。***,蜂窝服务成本显着降低,因为你没有使用接近标准LTE所需带宽的任何地方。

      结语:小隐认为选择无线技术的关键是缩小我们的要求。这其中,所需的工作范围,数据传输速度,功耗和成本则是选择无线技术的主要标准。

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      【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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