智能鎖、智能家居領域常見的無線傳輸協議類型,你了解多少?

發表時間:2021-04-03 16:40

“物聯網”概念在1999年美國麻省理工學院首次被提出,狹義的物聯網指的是“物—物相連的互聯網”,這里相連的主體既包括物品到物品,也包括物品到識別管理設備。

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  廣義的物聯網指的是信息空間和物理空間的融合,也就是虛擬與現實的融合,把所有的物體和事件數字化、網絡化,在人與人、人與物、物與物之間實現信息交互,實現物品的自動識別,監控定位和遠程管理。物聯網以現有的互聯網和各種專有的網為基礎,傳輸通過感知層采集匯總的各類數據,實現數據的實時傳輸并保證數據安全。

  目前的有線和無線互聯網、2G和3G網絡等,都可以作為傳輸層的組成部分。在智能小區、智能家居等物聯網終端普及的未來,為了保證無線傳輸數據的安全,無線傳輸協議顯得尤為重要。

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  下面就來看看物聯網中常見的無線傳輸協議類型:

  RFID

  RFID(Radio Frequency Identification),即射頻識別,俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。

  RFID由標簽(Tag)、解讀器(Reader)和天線(Antenna)三個基本要素組成。RFID技術的基本工作原理并不復雜,標簽進入磁場后,接收解讀器發出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag ,無源標簽或被動標簽),或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動標簽),解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進行有關數據處理。

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  RFID可被廣泛應用于安全防偽、工商業自動化、財產保護、物流業、車輛跟蹤、停車場和高速公路的不停車收費系統等。從行業上講,RFID將滲透到包括汽車、醫藥、食品、交通運輸、能源、軍工、動物管理以及人事管理等各個領域。

  紅外

  紅外技術也是無線通信技術的一種,可以進行無線數據的傳輸。紅外有明顯的特點:點對點的傳輸方式,無線,不能離得太遠,要對準方向,不能穿墻與障礙物,幾乎無法控制信息傳輸的進度。802.11物理層標準中,除了使用2.4GHz頻率的射頻外,還包括了紅外的有關標準。IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率,IrDA1.1支持到4Mbps。該技術基本上已被淘汰,被藍牙和更新的技術代替。

  ZigBee

  ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無線網絡技術。ZigBee 的基礎是IEEE802.15.4,這是IEEE無線個人區域工作組的一項標準。但IEEE802.15.4僅處理低級MAC層和物理層協議,所以ZigBee聯盟對其網絡層和API進行了標準化,同時聯盟還負責其安全協議、應用文檔和市場推廣等。

  ZigBee聯盟成立于2001年8月,由英國Invensys、日本三菱電氣、美國摩托羅拉、荷蘭飛利浦半導體等公司共同組成。ZigBee與Bluetooth (藍牙)、WiFi(無線局域網)同屬于2.4GHz頻段的IEEE標準網絡協議,由于性能定位不同,各自的應用也不同。

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  ZigBee有顯著的特點:超低功耗,網絡容量大,數據傳輸可靠,時延短,安全性好,實現成本低。在ZigBee技術中,采用對稱密鑰的安全機制,密鑰由網絡層和應用層根據實際應用需要生成,并對其進行管理、存儲、傳送和更新等。因此,在未來的物聯網中,ZigBee技術顯得尤為重要,已在美國的智能家居等物聯網領域中得到廣泛應用。

  藍牙

  Bluetooth是1998年5月,東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞共同提出的技術標準。作為一種無線數據與語音通信的開放性全球規范,藍牙以低成本的近距離無線連接為基礎,為固定與移動設備通信環境建立一個特別連接,完成數據信息的短程無線傳輸。其實質內容是要建立通用的無線電空中接口(Radio Air Interface)及其控制軟件的公開標準,使通信和計算機進一步結合,使不同廠家生產的便攜式設備在沒有電線或電纜相互連接的情況下,能夠在近距離范圍內具有互用、互操作的性能(Interoperability)。

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  藍牙以無線LANs的IEEE802.11標準技術為基礎。應用了“Plonkandplay”的概念(有點類似“即插即用”),即任意一個藍牙設備一旦搜尋到另一個藍牙設備,馬上就可以建立聯系,而無需用戶進行任何設置,因此可以解釋成“即連即用”。

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  藍牙技術有成本低,功耗低、體積小,近距離通信,安全性好的特點。藍牙在未來的物聯網發展中將得到一定的應用,特別是應用在辦公場所、家庭智能家居等環境中。

  GPRS

  通用分組無線服務技術(General Packet Radio Service,GPRS),使用帶移動性管理的分組交換模式以及無線接入技術。GPRS可說是GSM的延續。GPRS和以往連續在頻道傳輸的方式不同,是以封包(Packet)式來傳輸,因此使用者所負擔的費用是以其傳輸資料單位來計算,并非使用其整個頻道,理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。但GPRS技術不太適合智能家居使用,主要應用在電信網絡。

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  3G

  第三代移動通信技術(3rd-generation,3G),是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息,速率一般在幾百kbps以上。

  目前3G存在四種標準:CDMA2000(美國版),WCDMA(歐洲版),TD-SCDMA(中國版),WiMAX。國際電信聯盟(ITU)在2000年5月確定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流無線接口標準,寫入3G技術指導性文件《2000年國際移動通訊計劃》。2007年,WiMAX亦被接受為3G標準之一。

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  CDMA是Code Division Multiple Access (碼分多址)的縮寫,是第三代移動通信系統的技術基礎。第一代移動通信系統采用頻分多址(FDMA)的模擬調制方式,而這種系統的主要缺點是頻譜利用率低,信令干擾話音業務。

  第二代移動通信系統主要采用時分多址(TDMA)的數字調制方式,提高了系統容量,并采用獨立信道傳送信令,使系統性能大大改善,但TDMA的系統容量仍然有限,越區切換性能仍不完善。而CDMA系統以其頻率規劃簡單、系統容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發展潛力。

  4G

  4G技術又稱IMT-Advanced技術。準4G標準,是業內對TD技術向4G的最新進展的TD-LTE-Advanced稱謂。對于4G中將使用的核心技術,業界并沒有太大的分歧。總結起來,有正交頻分復用(OFDM)技術、軟件無線電、智能天線技術多輸入多輸出(MIMO)技術和基于IP的核心網五種。

  由于人們研究4G通信的最初目的就是提高蜂窩電話和其他移動裝置無線訪問Internet的速率,因此4G通信給人印象最深刻的特征莫過于它具有更快的無線通信速度。此外,4G還有網絡頻譜寬、通信靈活、智能性能高 、兼容性好 、費用便宜等優點

  4G通信技術并非完美無缺,主要體現在以下幾個方面:一是4G通信技術的技術標準難以統一。二是4G通信技術的市場推廣難以實現。三是4G通信技術的配套設施難以更新。

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  Wi-Fi

  Wi-Fi 全稱為Wireless Fidelity,又稱IEEE 802.11b標準,它最大的優點就是傳輸的速度較高,可以達到11Mb/s,另外它的有效距離也很長,同時也與已有的各種IEEE 802.11 DSSS(直接序列展頻技術,Direct Sequence Spread Spectrum)設備兼容。

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  IEEE 802.11b無線網絡規范是在IEEE802.11a網絡規范基礎之上發展起來的,最高帶寬為11Mb/s,在信號較弱或有干擾的情況下,帶寬可調整為5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。帶寬的自動調整有效地保障了網絡的穩定性和可靠性。Wi-Fi無線保真技術與藍牙技術一樣,屬于辦公室與家庭使用的短距離無線技術,使用頻段是2.4GHz附近的頻段,該頻段目前尚屬沒用許可的無線頻段,可以使用的標準有兩個即802.11ay與802.11b,802.11g是802.11b的繼承。

  其主要的特性為:速度快、可靠性高。在開放區域,其通信距離可達305m。在封閉性區域其通信距離為76~122m,方便與現有的有線以太網整合,組網的成本更低。

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  NB-IoT

  NB-IoT即窄帶物聯網 (Narrow Band -Internet of Things),是物聯網技術的一種,具有低成本、低功耗、廣覆蓋等特點,定位于運營商級、基于授權頻譜的低速率物聯網市場,擁有廣闊的應用前景。NB-IoT技術包含六大主要應用場景,包括位置跟蹤、環境監測、智能泊車、遠程抄表、農業和畜牧業。而這些場景恰恰是現有移動通信很難的支持的場景。市場研究公司Machina預測,NB-IoT技術未來將覆蓋25%的物聯網連接。

  NB-IoT是3GPP R13階段LTE的一項重要增強技術,射頻帶寬可以低至0.18MHz。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE兩種標準的融合,平衡了各方利益,并適用于更廣泛的部署場景。其中,華為、沃達豐、高通等公司支持NB-CIoT;愛立信、中興三星、英特爾、MTK等公司支持NB-LTE。NB-CIoT、NB-LTE與標準NB-IoT相比都有較大差異,終端無法平滑升級,一些非標基站甚至面臨退網風險。

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  隨著物聯網技術和應用的不斷發展,無線傳輸協議將迎來前所未有的發展,其在未來智能化系統中的應用也將會呈現爆發性的增長。了解與掌握ZigBee、藍牙、Wi-Fi、RFID等核心技術,研制相應的借接口以及無線通信產品模塊化,絕對是企業創造商機的正確手段。無線傳輸協議始終是物聯網發展的一個關鍵技術,也將是未來物聯網發展中的重中之重。


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