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智能家居領域十大短距離無線通信技術

關注:336     發表時間:2016-09-20 09:03:37

各種傳輸技術,有其所長也有其所短,很希望看到他們在物聯網的世界里大放異彩。

  語言是人類最重要的交際工具,是人們進行溝通交流的主要表達方式。在物聯網的時代當機器需要交流的時候,也需要按照相互之間可以聽懂的語言進行。今 天,我們就來扒一扒那些在物聯網中比較常用的無線短距離通信語言及技術--華為Hilink協議、WiFi(IEEE 802.11協議)、Mesh、藍牙、ZigBee、Thread、Z-Wave、NFC、UWB、LiFi。

  1.華為Hilink協議

  去年12月,華為隆重推出自主研發的智能家居“三件套”—Hilink協議、Huawei-LiteOS系統以及IOT芯片。目前市場上各種網絡終端用 戶互聯互通協議已是百家爭放,但相互之間似乎并不友好,相互孤立,各自閉門造車。Hilink協議被譽為是智能設備之間的“普通話”,它能夠自動發現設備 并一鍵連接,同時兼容ZigBee、WiFi以及藍牙等協議。

  2.WiFi/IEEE 802.11協議

  WiFi,全稱Wireless-Fidelity,無線保真,是無線局域網(WLAN)中的一個標準。從1999年推出以來一直是是我們生活中較常用 的訪問互聯網的方式之一。通常WiFi技術使用2.4GHz和5GHz周圍頻段,通過有線網絡外接一個無線路由器,就可以把有線信號轉換成WiFi信號。 WiFi標準家族還有802.11a、802.11b、802.11g、802.11n。

  2016年WiFi聯盟最新公布的 802.11ah WiFi標準—WiFi HaLow,使得WiFi可以被運用到更多地方如:小尺寸、電池供電的可穿戴設備同時也適用于工業設施內的部署,以及介于兩者之間的應用。HaLow采用 900MHz頻段,低于當前WiFi的2.4GHz和5GHz頻段。更低功耗,同時HaLow的覆蓋范圍可以達到1公里,信號更強,且不容易被干擾。這些 特點使得WiFi更加順應了物聯網時代的發展。

  優點:覆蓋范圍廣,數據傳輸速率快。

  缺點:傳輸安全性不好,穩定性差,功耗略高,組網能力差。

  3.Mesh/IEEE 802.11s協議

  無線Mesh網絡,被稱為廉價“Last Mile“寬帶接入方案,它利用多跳無線網狀結構為移動用戶提供寬帶接入。Mesh是WLAN與移動Ad Hoc(點對點)網絡的結合。與WLAN相比,各網絡終端之間可以對等的進行直接通信,不再需要經過AP(基站)轉發,且覆蓋范圍更大。與Ad Hoc相比,由于具有固定和電源充足的主干路由器,在移動性和功耗上可不用考慮太多。

  優點:網絡部署快,無需復雜配置;網絡穩定,任意節點壞了,不影響其他設備數據傳輸;網絡覆蓋范圍大,可以和多種寬帶無線接入技術(如WLAN、WiMAX、UWB、3G等)相結合組成更大的多跳網狀結構。

  缺點:具有一定的延遲性,不適于實時監控的應用領域,網絡容量有限。

  4.藍牙/IEEE 802.15.1協議

  藍牙技術最早始于1994,由瑞典愛立信研發。它采用調頻技術(Frequency-hopping Spread Spectrum),通信頻段為2.402GHz-2.480GHz。截止目前為止已經更新了9個版本,分別為藍牙1.0/1.1/1.2/2.0 /2.1/3.0/4.0/4.1/4.2,通信半徑從幾米到幾百米延伸。

  在微信和百度云還不太普及的時候,我們總是習慣打開手機里的藍牙設備,把手機上好玩好看的東西分享給周圍的朋友。藍牙技術被廣泛的使用在手機,PDA等移動設備上,PC、GPS設備以及大量的無線外圍設備(藍牙耳機、藍牙鍵盤等)。

  藍牙技術也緊跟物聯網的發展腳步。最新的藍牙4.2數據傳輸速率可達1Mbps、隱私功能更強大,Ipv6網絡支持。在智能家居領域,采用了 Bultooth Smart技術的藍牙設備之間可以不通網絡就能實現設備與設備之間的“對話”。由此可以解決突然斷網沒有了WiFi的情況下,智能家居設備們仍將可以繼續 工作。

  優點:速率快、低功耗,安全性高。

  缺點:網絡節點少,不適合多點布控。

  5.ZigBee/802.15.4協議

  Zigbee被正式提出來是在2003年,它的出 現是為了彌補藍牙通信協議的高復雜,功耗大,距離近,組網規模太小等缺陷。名稱取自于蜜蜂,蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞 蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息,依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。

  ZigBee可工作在三個頻段868MHz- 868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz,其中最后一個頻段世界范圍內通用,16個信道,并且該頻段為免付費、 免申請的無線電頻段。三個頻段傳輸速率分別為20kbps,40kbps以及250kbps。

  ZigBee采用自組網的方式進行通信,也是無線傳感器網領域最為著名的無線通信協議。在無線傳感器網絡中,當某個傳感器的訊息從某條通信路徑無法順暢的傳遞出去時,動態路由器會迅速的找出另外一條近距離的信道傳輸數據,從而保證了信息的可靠傳遞。

  ZigBee不算主流的無線通訊技術,但卻以其低功耗、低成本,低速率、高容量、長時間的電池壽命的特點深受一些廠家的追捧。例如,2015年小米推出的系列家庭智能產品,全都支持ZigBee通信,以及最近推出的小米溫濕度傳感器。

  優點:安全性高,功耗低,組網能力強,容量大,電池壽命長。

  缺點:成本高,抗干擾性差,ZigBee協議沒有開源,通信距離短。

  6.Thread/IEEE 802.15.4協議

  Thread和ZigBee同屬802.15.4,但是針對802.15.4做了很大的改進。Thread是建立在IPv6的基礎之上的一個協議,無論 在傳輸安全,還是系統可靠性上都做了非常棒的優化。它既可以承載高通海爾數十企業組物聯網盟AllSeen,也可以支持蘋果的Homekit智能家居平臺。谷歌旗下的Nest將Thread定為家庭物聯網的唯一通訊協定,隨后Nest發起產業聯盟,聯盟成員共同推廣Thread協議,Thread短距離通信上面也是大有可為。

  7.Z-Wave協議

  Z-Wave無線組網規格于2004年提出,由丹麥的芯片與軟件開發商Zensys主導,Z-wave聯盟推廣其應用。Z-Wave工作頻率美國 908.42MHz、歐洲868.42MHz,采用無線網狀網絡技術,因此任何節點都能直接或間接地和通信范圍內的其它臨近節點通信。數據速率包括 9.6kbps和40kbps.輸出功率為1mW和0dBm。信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m。Z-Wave是一種新興的基于射頻 的、低成本、低功耗、高可靠、適于短距離、窄帶寬的應用場合。

  Z-Wave專注于家庭自動化,在歐美國家比較流行,進入中國市場較Zigbee晚,市場份額也遠遠不及Zigbee,且由于頻帶劃分的原因,雖能在中國發展,但也是走得小心翼翼。

  優點:結構簡單,低速率,低功耗,低成本,相對ZigBee傳輸距離遠,可靠性高。

  缺點:標準不開放,芯片只能通過Sigma Designs這一唯一來源獲取。

  8.NFC

  NFC,近場通信,2002年由飛利浦半導體、諾基亞和索尼共同研發。2004年,成立NFC論壇,致力于近場通信技術的標準化和推廣,該技術由 RFID及互連技術整合演變而來。NFC是一種短距高頻的無線電技術,工作頻率在13.56MHz,20cm距離內。其傳輸速度有106Kb/s、 212Kb/s或者424Kb/s三種。通過卡、讀卡器以及點對點三種業務模式進行數據讀取與交換。

  NFC與藍牙技術功能類似,但傳輸速率和傳輸距離沒有藍牙快和遠,同時功耗和成本都較低,保密性好,這些優點讓它成為移動支付和消費類電子的寵兒。

  近來,apple pay、samsung pay在移動支付領域鬧得風聲水起,NFC技術在未來移動物聯世界里的重要性不言而喻。

  9.UWB

  UWB,超寬帶,一種無載波通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數 據,能在10m左右的范圍內實現數百Mb/s至數Gb/s的數據傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小等諸多 優勢,主要應用于室內通信、高速無線LAN、家庭網絡、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等領域。

  比較有意思的是,UWB的標準化問題一直充滿爭議,這也間接的減慢了其推廣的步伐。與藍牙、802.11b、802.15等無線通信相比,UWB可以提供更快、更遠、更寬的傳輸速率,越來越多的研究者投入到UWB領域。

  10.LiFi

  LiFi,光保真技術,是一種利用可見光波譜(如燈泡發出的光)進行數據傳輸的全新無線傳輸技術,由英國愛丁堡大學HaraldHass教授發明。 LiFi相當于Wi-Fi的可見光無線通信(VLC)技術,能利用發光二極管(LED)燈泡的光波傳輸數據,可同時提供照明與無線聯網,且不會產生電磁干 擾,有助緩解現今網絡流量爆增的問題。

  各種傳輸技術,有其所長也有其所短,很希望看到他們在物聯網的世界里大放異彩。我們也期待多幾個華為這樣的企業在行業里普及“普通話”,一起助力物聯網產業,帶我們走向更加安心舒適的現代化生活。


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