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11种物联网协议争高低,WiFi/蓝牙/ZigBee谁才是终究的赢家?

电子工程师和物联网(IoT)的产品和系统的应用程序开发人员都有一个几乎令人迷惑的连接选项。如WiFi,蓝牙,ZigBee和2G/3G/4G蜂窝,但也有几个新兴的新兴网络选项,如线程作为家庭自动化应用的

电子工程师和物联网(IoT)的产品和体系的运用程序开发人员都有一个简直令人利诱的衔接选项。

许多通讯技能是众所周知的,如WiFi蓝牙ZigBee和2G/3G/4G蜂窝,但也有几个新式的新式网络选项,如线程作为家庭自动化运用的替代品,以及在首要城市施行的空白电视技能用于更广泛的依据IoT的用例。依据运用,规模,数据要求,安全性和功率需求以及电池寿数等要素将决议某种方法的技能组合的挑选。这些是向开发人员供给的一些首要通讯技能。

蓝牙

重要的短间隔通讯技能当然是蓝牙技能,在核算和许多消费品市场中现已变得十分重要。估计这是可穿戴产品的要害,特别是衔接到物联网,尽管或许经过智能手机在许多情况下。新的蓝牙低功耗(BLE)或蓝牙智能(如现在已被标示)是物联网运用的重要协议。重要的是,尽管它供给了与蓝牙相似的规模,但它的规划旨在显着下降功耗。

可是,Smart/BLE并不是真实规划用于文件传输,更适合于小块数据。鉴于其在智能手机和许多其他移动设备上的广泛集成,因此在许多竞赛技能的个人设备环境中必定具有严重优势。依据蓝牙SIG,超越90%的蓝牙智能手机,包含iOS,Android和Windows的类型,估计到2018年将“智能安排妥当”。

运用蓝牙智能功用的设备包含了依据射频收发器,基带和协议栈的根本数据速率和低能量中心装备的蓝牙中心规范版别4.0(或更高版别 – 2014年末最新版别4.2) 。重要的是,版别4.2经过其互联网协议支撑装备文件将答应蓝牙智能传感器经过6LoWPAN衔接直接拜访互联网(下面更多)。这种IP衔接使得能够运用现有的IP根底设施来办理蓝牙智能边际设备。有关蓝牙4.2的更多信息,可从RS取得各种蓝牙模块。

规范:蓝牙4.2中心规范

频率:2.4GHz(ISM)

规模:50-150米(智能/BLE)

数据速率:1Mbps(智能/BLE)

Zigbee

ZigBee像蓝牙相同具有很多的操作根底,尽管传统上在工业环境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee长途操控(RF4CE)以及其他可用的ZigBee装备文件均依据IEEE802.15.4协议,该协议是以2.4GHz为方针的职业规范无线网络技能,针对的运用程序需求相对不频频的数据交换,在约束区域内的间隔在100米规模内,例如在家庭或建筑物中。

ZigBee/RF4CE在杂乱体系中具有一些显着的优势,供给低功耗操作,高安全性,鲁棒性和高可扩展性,具有高节点数量,而且有才能运用M2M和IoT运用中的无线操控和传感器网络。 ZigBee的最新版别是最近推出的3.0版别,它根本上是将各种ZigBee无线规范一致为单一规范。 ZigBee开发的示例产品和套件包含TI的CC2538SF53RTQT ZigBee片上体系集成电路和CC2538 ZigBee开发套件。

规范:依据IEEE802.15.4的ZigBee 3.0

频率:2.4GHz

规模:10-100米

数据速率:250kbps

Z波

Z-Wave是一种低功耗射频通讯技能,首要用于比如灯操控器和传感器之类的产品的家庭自动化。针对数据速率高达100kbit/s的小数据数据包的牢靠和低推迟通讯进行了优化,其作业在1GHz频段,而且不受WiFi和其他无线技能在2.4 GHz规模内的搅扰,如蓝牙或ZigBee。它支撑全网状网络,而不需求和谐器节点,而且对错常可扩展的,能够操控多达232个设备。 Z-Wave运用比其他一些更简略的协议,能够完成更快更简略的开发,但与其他无线技能(如ZigBee等)的多种来历比较,仅有的芯片制造商是Sigma Designs。

规范:Z-Wave Alliance ZAD12837/ITU-T G.9959

频率:900MHz(ISM)

规模:30m

数据速率:9.6/40/100kbit/s

6LowPAN

依据IP(Internet Protocol)的技能是6LowPAN(IPv6低功率无线个人区域网络)。 6LowPAN不是像蓝牙或ZigBee这样的IoT运用协议技能,而是一种界说封装和头紧缩机制的网络协议。该规范具有频带和物理层的自由度,也能够在多种通讯渠道上运用,包含以太网,Wi-Fi,802.15.4和sub-1GHz ISM。一个要害的特点是IPv6(互联网协议版别6)仓库,这是近年来十分重要的介绍,以完成物联网。 IPv6是IPv4的后继者,为世界上每个人供给大约5 x 1028个地址,使世界上任何嵌入式目标或设备都具有自己的仅有IP地址并衔接到互联网。例如,IPv6专为家庭或楼宇自动化规划,供给了一种根本的传输机制,能够经过低功耗无线网络以本钱效益的方法出产杂乱的操控体系和与设备进行通讯。

该规范旨在经过依据IEEE802.15.4的网络发送IPv6数据包,并施行敞开IP规范,包含TCP,UDP,HTTP,COAP,MQTT和Websockets,该规范供给端对端可寻址节点,答应路由器将网络衔接到IP。 6LowPAN是一种网状网络,具有强壮的可扩展性和自愈性。网状路由器设备能够路由指定给其他设备的数据,而主机能够长期睡觉。这里有6LowPAN的解说,TI供给。

规范:RFC6282

频率:(适用于各种其他网络媒体,包含蓝牙智能(2.4GHz)或ZigBee或低功率射频(亚1GHz)

规模:N/A

数据速率:N/A

线程

线程是一种针对家庭自动化环境的新式依据IP的IPv6网络协议。依据6LowPAN,也喜爱它,它不是像蓝牙或ZigBee这样的IoT运用协议。可是,从运用的视点来看,它首要被规划为WiFi的弥补,因为它识别出WiFi关于许多顾客设备而言是有利的,它在家庭自动化设置中运用的约束。

线程组于2014年中推出,免版税协议依据各种规范,包含IEEE802.15.4(作为无线空中接口协议),IPv6和6LoWPAN,并为物联网供给了一种弹性的依据IP的解决方案。 Thread专为从现有的IEEE802.15.4无线芯片供货商(如飞思卡尔和Silicon Labs)作业,Thread支撑运用IEEE802.15.4无线电收发器的网状网络,能够处理多达250个具有高等级身份验证和加密的节点。相对简略的软件晋级应答运用户在现有的支撑IEEE802.15.4的设备上运转线程。

规范:线程,依据IEEE802.15.4和6LowPAN

频率:2.4GHz(ISM)

规模:N/ A

数据速率:N/A

无线上网(WIFI)

WiFi衔接通常是许多开发人员的显着挑选,特别是考虑到局域网内家庭环境中WiFi的遍及。除了明确指出,现有根底架构广泛,并供给快速的数据传输和处理很多数据的才能,这不需求进一步的解说。

现在,在家庭和许多企业中运用的最常见的WiFi规范是802.11n,其供给了在数百兆比特每秒的严厉吞吐量,这关于文件传输是很好的,但关于许多IoT运用来说或许太耗电了。 RS供给了一系列用于构建依据WiFi的运用的RF开发套件。

规范:依据802.11n(今日最常见的用处)

频率:2.4GHz和5GHz频段

规模:约50m

数据速率:最大600 Mbps,但依据所运用的通道频率和天线数量(最新的802.11-ac规范应供给500Mbps至1Gbps),150-200Mbps更为典型。

蜂窝

需求更长间隔运转的IoT运用程序能够运用GSM/3G/4G蜂窝通讯功用。尽管蜂窝电话明显能够发送很多的数据,特别是关于4G,但关于许多运用来说,费用和功耗将会太高,可是关于传输速度十分低的依据传感器的低带宽数据项目来说,这对错常抱负的互联网上的数据量。该范畴的一个要害产品是SparqEE系列产品,包含原始的小型CELLv1.0低本钱开发板和一系列与Raspberry Pi和Arduino渠道一同运用的屏蔽衔接板。

规范:GSM/GPRS/EDGE(2G),UMTS/HSPA(3G),LTE(4G)

频率:900/1800/1900/2100MHz

规模:GSM最大35km; HSPA最长200公里

数据速率(典型下载):35-170kps(GPRS),120-384kbps(EDGE),384Kbps-2Mbps(UMTS),600kbps-10Mbps(HSPA),3-10Mbps

NFC

NFC(近场通讯)是一种技能,能够完成电子设备之间的简略和安全的双向交互,特别适用于智能手机,答应顾客履行非触摸式付出买卖,拜访数字内容和衔接电子设备。本质上它扩展了非触摸式卡技能的才能,并使设备能够在间隔小于4cm的情况下同享信息。此处供给更多信息。

规范:ISO/IEC 18000-3

频率:13.56MHz(ISM)

规模:10厘米

数据速率:100-420kbps

Sigfox

标题另一种广泛的技能是Sigfox,它的规模在WiFi和蜂窝之间。它运用可免费运用的ISM频带,而不需求获取许可证,以便在十分窄的频谱规模内将数据传输到衔接目标和从衔接目标传输数据。 Sigfox的主意是,关于运转在小型电池上的许多M2M运用程序,只需求低等级的数据传输,则WiFi的规模太短,而蜂窝电话太贵,而且功耗太大。 Sigfox运用一种称为超窄带(UNB)的技能,仅用于处理每秒10至1,000位的低数据传输速度。与5000微瓦比较,蜂窝通讯耗费的电量仅为50微瓦,或许能够经过2.5Ah电池供给典型的待机时间20年,而蜂窝电话仅为0.2年。

现已布置在不计其数个衔接目标中,该网络现在正在欧洲首要城市推出,其间包含英国的十个城市。该网络供给了一个强壮的,功率高效和可扩展的网络,能够与数百万个电池供电设备在几平方公里的区域进行通讯,使其适用于预期包含智能电表,患者监视器,安全设备,大街照明和环境传感器。 Sigfox体系运用Silicon Labs等EZRadioPro无线收发器等硅片,为在1GHz以下频段作业的无线网络运用供给职业抢先的无线功用,扩展规模和超低功耗。

规范:Sigfox

频率:900MHz

规模:30-50公里(农村环境),3-10公里(城市环境)

数据速率:10-1000bps

Neul

与Sigfox相似,在1GHz频段内运转,Neul运用电视白空间频谱的小片,供给高可扩展性,高覆盖率,低功耗和低本钱无线网络。体系依据Iceni芯片,其运用白色空间无线电进行通讯,以拜访高质量的UHF频谱,因为模仿到数字电视转化,现在可用。通讯技能称为无分量,是一种为IoT规划的新式广域无线网络技能,与现有的GPRS,3G,CDMA和LTE WAN解决方案大有竞赛。数据速率能够是在同一个单一链路上从每秒几位到100kbps的任何数据速率;而且设备能够从2xAA电池耗费少至20至30mA,这意味着在现场10至15年。

规范:Neul

频率:900MHz(ISM),458MHz(英国),470-790MHz(白色空间)

规模:10公里

数据速率:最少可达100kbps

LoRaWAN

Again在某些方面与Sigfox和Neul相似,LoRaWAN针对广域网(WAN)运用,旨在为具有特定功用的低功率WAN供给支撑,以便在IoT,M2M和M2M中支撑低本钱移动安全双向通讯智能城市和工业运用。针对低功耗优化并支撑具有数百万和数百万台设备的大型网络,数据速率规模为0.3 kbps至50 kbps。

规范:LoRaWAN

频率:各种

规模:2-5公里(城市环境),15公里(市郊环境)

数据速率:0.3-50 kbps。

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