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物联网设备的七大无线标准

发布时间:2020-06-03 10:19 所属栏目:[评论] 来源:站长网
导读:副标题#e# 随着计算机、电子技术的进步,无线通信技术的蓬勃发展,过去几年中出现了一些新的无线标准:Zigbee、 Z-Wave、LoRa、LTE-M、NB-IoT、Wi-Fi 802.11ah(HaLow)和802.11af(White-Fi)等。 以下是其中最受欢迎的几个标准,本文将简要介绍它们的功能和优

随着计算机、电子技术的进步,无线通信技术的蓬勃发展,过去几年中出现了一些新的无线标准:Zigbee、 Z-Wave、LoRa、LTE-M、NB-IoT、Wi-Fi 802.11ah(HaLow)和802.11af(White-Fi)等。

以下是其中最受欢迎的几个标准,本文将简要介绍它们的功能和优点:

物联网设备的七大无线标准

部分协议对比

1. Zigbee:专有、短距离、低成本且安全

Zigbee与蓝牙类似,是一种低功耗、低数据速率、近距离自组织无线网络,支持网状网络拓扑,使用了IEEE 802.15 WPAN规范,提供250 kbps、40 kbps和20 kbps的数据速率,只能在10至100米的范围内工作。Zigbee网状网络可以包含多达65000个设备,这是蓝牙LE可以支持的两倍。

Zigbee于1998年开始构思,2003年标准化,并于2006年进行了修订。Zigbee的名字来源于蜜蜂的摇摆舞,其商标归Zigbee联盟所有,该联盟负责维护和发布Zigbee标准,根据其网站信息显示,全球有数亿台使用Zigbee技术的设备。

Zigbee非常受物联网设备制造商的青睐,它提供了用户需要的大多数基本功能(连接性、范围、安全性),并且作为开放行业标准,它允许与任何Zigbee认证的设备进行互操作。OEM厂商最大的抱怨是加入联盟的成本、认证和缺乏开放GPL许可证,因为OEM必须要成为联盟的成员才能使用其技术。

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。

2. Z-Wave:短距离、低成本、高可靠

Z-Wave与ZigBee相似,是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave的结构是源路由网格网络,即所有设备都连接到一个中心集线器,通常是路由器或网关。网络本身由三个层组成,它们协同作业,以确保所有设备都能够同时通信。无线电层定义了信号在网络和无线电硬件之间的交换方式,而网络层则确定如何控制节点和设备之间交换的数据。此外,应用层将消息分配给特定的应用程序,以便完成类似于开灯这样的任务。

Z-Wave的工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲),采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式,数据传输速率为9.6 kbps,信号的有效覆盖范围在室内是30m,室外可超过100m,适合于窄宽带应用场合。

Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用,例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备,从而可以实现控制和无线监测。Z-Wave技术在最初设计时,就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输,40kb/s的传输速率足以应。与同类的其他无线技术相比,拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

3. LoRa:专有、远程、便宜且安全

类似于Zigbee,LoRaWan是一项专有技术,由非营利组织LoRa联盟定义和控制。主要区别在于,Zigbee是一种短程物联网协议,旨在将多个设备紧密连接起来,而LoRa专注于广域网。

LoRa特别适用于远程通信,其调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离,可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域。比如自动抄表、楼宇自动化设备、无线安防系统、工业监视与控制等。具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点,可根据实际应用情况对天线增益进行调节。

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透明的中继,连接终端设备和服务器。网关与服务器通过标准IP连接,而终端设备采用单跳与一个或多个网关通信,所有的节点均是双向通信。LoRa网关和模块间以星形网方式组网,而LoRa模块间理论上可以点对点轮询的方式组网,但是点对点轮询效率要远远低于星形网。网关可以实现多通道并行接收,同时处理多路信号,这大大增加了网络容量。

LoRa网络构成

但随着LoRa设备和网络部署的增多,其相互之间会出现一定的频谱干扰。

4. LTE-M:蜂窝技术

LTE-M是一种专为满足物联网或机对机通信应用需求而设计的蜂窝技术,LTE-M是移动电信运营商的无线系统,得到了行业协会GSMA和3GPP标准组织的支持。LTE-M的主要优点之一是具有全球连通性的潜力,并且它是唯一适合长时间跟踪移动物体的系统。GSMA表示:“该技术可改善室内和室外覆盖范围,支持大量的低吞吐量设备、低延迟灵敏度、超低设备成本、低设备功耗的网络架构。”

由于LTE-M是通过蜂窝网络工作的,因此可用于监测、控制和接收在运输工具(例如卡车、火车、船等)中的IoT设备的信息。当LTE网络不可用时,系统可以退回到WCDMA(3G)或GPRS/EDGE(2G)来保持连接。

LTE-M还基于蜂窝基站定位提供定位服务,无需使用GPS或Galileo等基于卫星的系统。对于需要为其设备配备基本定位系统的OEM来说,此功能可节省大量成本。

然而,LTE-M的最大的优势是安全性。蜂窝连接的设备需要装有SIM芯片,它可以嵌入电路板中,并在工厂进行预配,设置密钥和签名。一旦为SIM卡配置了嵌入式密钥,在没有对设备进行物理访问的情况下,就无法修改这些密钥。

SIM是可提供NSA Suite B AES-256加密和身份认证的安全模块。

LTE-M的另一个优点是即使在停电期间也可以保持连接。由于它连接到蜂窝网络,因此不需要接入点(AP),只要物联网设备电池正常工作,它就可以保持连接状态。

这就是为什么基于蜂窝的物联网连接被广泛应用于电网、家庭、办公室安全和车队管理等关键应用。

LTE-M唯一的问题是成本高。要使用该系统,需要订购运营商服务,每个连接的设备中都需要有一个SIM卡。

5. NB-IoT:蜂窝技术

NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

(编辑:ASP站长网)

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