物聯(lián)網(wǎng)中常見的無(wú)線連接技術(shù)對(duì)比分析

隨著無(wú)線通信技術(shù)的種類越來(lái)越多，大家選擇也越來(lái)越多。但在眾多無(wú)線通信技術(shù)中，沒有所謂的“萬(wàn)能”無(wú)線連接解決方案；因?yàn)樵诓煌沫h(huán)境，不同的功能需求，單一的無(wú)線通信技術(shù)是無(wú)法滿足的。

本文將詳細(xì)地介紹各種無(wú)線連接技術(shù)，并根據(jù)商業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最重要的特性對(duì)它們進(jìn)行比較。以便大家清楚知道在什么環(huán)境下使用哪種無(wú)線通信技術(shù)更好。

1、藍(lán)牙技術(shù)

定義

藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)在2.4GHzISM頻段上運(yùn)行的低功耗無(wú)線解決方案。多年來(lái)，藍(lán)牙技術(shù)不斷擴(kuò)展，如今在距離、帶寬和通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面具有極大的靈活性，能夠滿足不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。

技術(shù)細(xì)節(jié)

目前有兩種不同的藍(lán)牙無(wú)線電選擇：經(jīng)典藍(lán)牙（BluetoothClassic）和低功耗藍(lán)牙（BluetoothLE）。經(jīng)典藍(lán)牙（或BR/EDR），即初代藍(lán)牙無(wú)線電，目前仍被廣泛用于串流應(yīng)用，尤其是音頻串流。而低功耗藍(lán)牙主要用于設(shè)備間頻繁傳輸數(shù)據(jù)的低帶寬應(yīng)用。低功耗藍(lán)牙以極低的功耗以及在智能手機(jī)、平板電腦和個(gè)人電腦中的普及性著稱。

低功耗藍(lán)牙分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（point-to-point）、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（StarTopology）、mesh網(wǎng)絡(luò)（meshTopology）和廣播式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（broadcasttopologies）。在mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)之間直接連接，無(wú)需通過(guò)中樞與其他節(jié)點(diǎn)通信。節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)和信息發(fā)送至原始源節(jié)點(diǎn)通信范圍之外的其他節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大了大型區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

主要用例

低功耗藍(lán)牙最常用于醫(yī)療和健身設(shè)備、智能照明系統(tǒng)、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)和室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用。

2、Wi-Fi

定義

Wi-Fi是所有IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）的商標(biāo)名稱。Wi-Fi的工作頻段通常為2.4GHz和5GHzISM，但較新版本的Wi-Fi也會(huì)使用其他頻段。

技術(shù)細(xì)節(jié)

Wi-Fi有許多版本。Wi-Fi聯(lián)盟最近采用了一種新型版本編號(hào)系統(tǒng)：Wi-Fi1（802.11b）、Wi-Fi2（802.11a）、Wi-Fi3（802.11g）、Wi-Fi4（802.11n、Wi-Fi5（802.11ac）和Wi-Fi6（802.11ax）。最新發(fā)布的版本可滿足各類應(yīng)用的需求，包括更長(zhǎng)的距離、更高的吞吐量和更大的覆蓋范圍。

Wi-Fi最流行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)只能通過(guò)中樞相互通信。

主要用例

Wi-Fi主要用于大文件傳輸和帶寬較高的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，比如視頻串流。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，Wi-Fi最常用于需要直接連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。但它通常無(wú)法滿足低功耗需求，也很少用于需要長(zhǎng)時(shí)間依靠微型電池運(yùn)行的應(yīng)用和設(shè)備。

3、基于IEEE802.15.4的技術(shù)（Thread、Zigbee）

定義

IEEE802.15.4技術(shù)指低速無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（LR-WPAN）訪問(wèn)層。

技術(shù)細(xì)節(jié)

Thread和Zigbee是兩種以該規(guī)格為基礎(chǔ)的技術(shù)。它們的特點(diǎn)是低功耗和低數(shù)據(jù)速率。IEEE802.15.4主要用于數(shù)據(jù)少、距離短、需要同時(shí)保持低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景。

雖然該技術(shù)也支持星型拓?fù)?，但最常用的是網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

主要用例

這些技術(shù)最常用于智能家居中的無(wú)線控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景。

4、Z-Wave

定義

Z-Wave最初是一項(xiàng)照明系統(tǒng)控制協(xié)議，后來(lái)演變成為由Z-Wave聯(lián)盟管理的家居自動(dòng)化協(xié)議。

技術(shù)細(xì)節(jié)

這項(xiàng)專有技術(shù)在美國(guó)的頻段為908/915MHz，在歐洲的頻段為868MHz。頻段不同是為了避免干擾2.4GHzISM頻段并擴(kuò)大覆蓋范圍。

這項(xiàng)技術(shù)主要使用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

主要用例

這項(xiàng)技術(shù)的主要應(yīng)用于智能家居場(chǎng)景中。

5、蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)（NB-IoT、LTE-M）

定義

LTE-M（LTECat-M1或Long-TermEvolutionforMachines）和NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）都是3GPP（3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴計(jì)劃）所開發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)提供了解決方案。

這兩種技術(shù)將與其他5G技術(shù)共存，有望成為長(zhǎng)期5G物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的組成部分。5G是第五代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的總稱，代表2Gbps的高速網(wǎng)絡(luò)（將來(lái)甚至可以達(dá)到100Gbps）。5G技術(shù)將減少網(wǎng)絡(luò)延遲并擴(kuò)大覆蓋范圍（就同時(shí)連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量而言）。

技術(shù)細(xì)節(jié)

LTE-M和NB-IoT在特性上有所不同，因此適合的應(yīng)用場(chǎng)景也有所不同。

NB-IoT最適合需要低功耗和低帶寬的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而LTE-M由于具有更高的數(shù)據(jù)速率，因此最適合實(shí)時(shí)和關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序。兩者之間的主要區(qū)別是速度和延遲（LTE-M速度較高，延遲較低）。

NB-IoT和LTE-M主要采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

主要用例

NB-IoT的主要用例包括智能農(nóng)業(yè)、智慧城市和智能儀表應(yīng)用。LTE-M的主要用例包括物流、醫(yī)療設(shè)備的回程通信通道以及汽車應(yīng)用。

6、非蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)（LoRaWAN、Sigfox）

定義

LoRaWAN是LoRa聯(lián)盟維護(hù)的開源無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。LoRaWAN建立在LoRa基礎(chǔ)之上，loRa是Semtech公司所開發(fā)的專有調(diào)制格式。

技術(shù)細(xì)節(jié)

LoRa只定義網(wǎng)絡(luò)堆棧的較低層，而LoRaWAN定義網(wǎng)絡(luò)堆棧的較高層。LoRaWAN只是建立在LoRa基礎(chǔ)之上的多項(xiàng)協(xié)議之一。

LoRaWAN被歸類為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)，可以低功耗實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程通信。

Sigfox也是一項(xiàng)LPWAN技術(shù)，但它是法國(guó)公司Sigfox所提供的專有技術(shù)。該公司是這項(xiàng)技術(shù)的唯一網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。

主要用例

LoRaWAN常用于智慧城市應(yīng)用市場(chǎng)，例如智能公用事業(yè)儀表、智能停車計(jì)時(shí)器以及供應(yīng)鏈和物流應(yīng)用（例如資產(chǎn)追蹤）。Sigfox也常用于智慧城市應(yīng)用。相比美國(guó)，這項(xiàng)技術(shù)在歐盟地區(qū)更加常見。

對(duì)比表

下表對(duì)比了上文中提到的幾種無(wú)線技術(shù)。

在本系列后面的文章中，我們將介紹各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景、列出每種應(yīng)用場(chǎng)景最重要的特性，并評(píng)估最適合該應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)。
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