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各种主流无线通讯技术之间的比较

菜鸟
2018-08-29 22:32:20    评分

 当前流行的无线通信技术有:RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi(IEEE 802.11协议)、IrDA、UWB、Zig-Bee和NFC、华为Hilink协议、Mesh、Thread、Z-Wave、LiFi。

1、RFID

RFID是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器和很多应答器组成。

应答器:由天线,耦合元件及芯片组成,一般来说都是用标签作为应答器,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。

读写器:由天线,耦合元件,芯片组成,读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式rfid

应用软件系统:是应用层软件,主要是把收集的数据进一步处理,并为人们所使用。

2、GPRS

如下图为典型GPRS系统结构图,通过监控中心与Internet相连,可以支持一些比较复杂的应用,另外支持的通信方式比较多,使用户可以随时随地以多种通信方式来监控实际应用点。该方案还可以让监控中心同时和多个GPRS模块通信,从而监控多个工作现场。

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3、Bluetooth/IEEE 802.15.1协议

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-hopping Spread Spectrum),通信频段为2.402G Hz-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Bultooth Smart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。蓝牙系统由无线单元、链路控制器、链路管理器和提供到主机端接口功能的,支持单元组成。

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    蓝牙无线单元是一个微波跳频扩频通信系统,数据和话音信息分组在指定时隙,指定跳频频率发送和接收。跳频序列由主设备设备地址决定,采用寻呼和查询方式建立信道连接。链路控制(基带控制)器包括基带数字信号处理的硬件部分并完成基带协议和其它底层链路规程。链路管理器(LM)软件实现链路的建立、验证、链路配置及其协议。链路管理器可以发现其它的链路管理器,并通过连接管理协议LMP建立通信联系。链路管理器通过链路控制器提供的服务实现上述功能。

  4、Wi-Fi

  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802.11ah WiFi标准—WiFi HaLow,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。

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 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。Wi-Fi方案的设计相对其他方案比较简单,仅需要通过MCU控制WIFI模块,通过CAN总线与主板通信,然后通过WIFI模块传输讯息到Internet。通过连接服务器,然后服务器对数据进行处理。

  5、IrDA

  红外通讯主要有3部分组成:

  (1)发射器部分:目前已有红外无线数字通信系统的信息源包括语音、数据、图像等。

  (2)信道部分:它们的作用是:整形、滤波、视场变换、频段划分等。

(3)终端部分:红外无线数字通信系统终端部分包括光接收部分、采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等部分。

  6、UWB

UWB(UltraWideband)是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。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。

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7、Zig-Bee/802.15.4协议

  技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

  8、NFC

  与RFID一样,NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递,但两者之间还是存在很大的区别。首先,NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术,其传输范围比RFID小。 其次,NFC与现有非接触智能卡技术兼容,已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次,NFC还是一种近距离连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比,NFC是一种近距离的私密通信方式。

  9、Li-Fi技术

  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。Li-Fi被认为是新一代的无线传输技术,它是利用可见光通讯技术(VLC)来实现互联网的信息传输的。Li-Fi通过各种可见光源作为信号发射源,通过控制器控制灯光的通断,从而控制光源和终端接收器之间的通讯。

  目前在商用环境下实测Li-Fi能达到10Gbps的传输速率,远远超过当前Wi-Fi的传输速度。不过,需要注意的是,目前Li-Fi技术还有一定的局限性,包括传输范围有限(3米左右),如果灯光被阻挡或光源一旦消失,网络信号便会被切断等弊端。因此,有业内人士表示,Li-Fi技术的商业化至少还要三到四年的时间。

  10、华为Hilink协议

  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。

  11、Mesh/IEEE 802.11s协议

  无线Mesh网络,被称为廉价“Last Mile“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Ad Hoc(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Ad Hoc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。

  12、Thread /IEEE 802.15.4协议

  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。

  13、Z-Wave协议

  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0 dBm。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Sigma Designs这一唯一来源获取。

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