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智能家居領域十大短距離無線通信技術

智能家居領域十大短距離無線通信技術

2016/6/6 17:16:40

  1.華為Hilink協(xié)議

  去年12月,華為隆重推出自主研發(fā)的智能家居“三件套”—Hilink協(xié)議、Huawei-LiteOS系統(tǒng)以及IOT芯片。目前市場上各種網(wǎng)絡終端用戶互聯(lián)互通協(xié)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(xié)議被譽為是智能設備之間的“普通話”,它能夠自動發(fā)現(xiàn)設備并一鍵連接,同時兼容ZigBee、WiFi以及藍牙等協(xié)議。

  2.WiFi/IEEE 802.11協(xié)議

  WiFi,全稱Wireless-Fidelity,無線保真,是無線局域網(wǎng)(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(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(lián)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(yè)設施內(nèi)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(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展。

  優(yōu)點:覆蓋范圍廣,數(shù)據(jù)傳輸速率快。

  缺點:傳輸安全性不好,穩(wěn)定性差,功耗略高,組網(wǎng)能力差。

  3.Mesh/IEEE 802.11s協(xié)議

  無線Mesh網(wǎng)絡,被稱為廉價“Last Mile“寬帶接入方案,它利用多跳無線網(wǎng)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(wǎng)絡的結合。與WLAN相比,各網(wǎng)絡終端之間可以對等的進行直接通信,不再需要經(jīng)過AP(基站)轉發(fā),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(yōu)點:網(wǎng)絡部署快,無需復雜配置;網(wǎng)絡穩(wěn)定,任意節(jié)點壞了,不影響其他設備數(shù)據(jù)傳輸;網(wǎng)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(wǎng)狀結構。

  缺點:具有一定的延遲性,不適于實時監(jiān)控的應用領域,網(wǎng)絡容量有限。

  4.藍牙/IEEE 802.15.1協(xié)議

  藍牙技術最早始于1994,由瑞典愛立信研發(fā)。它采用調(diào)頻技術(Frequency-hopping Spread Spectrum),通信頻段為2.402GHz-2.480GHz。截止目前為止已經(jīng)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(lián)網(wǎng)的發(fā)展腳步。最新的藍牙4.2數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbps、隱私功能更強大,Ipv6網(wǎng)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(wǎng)絡就能實現(xiàn)設備與設備之間的“對話”。由此可以解決突然斷網(wǎng)沒有了WiFi的情況下,智能家居設備們?nèi)詫⒖梢岳^續(xù)工作。

  優(yōu)點:速率快、低功耗,安全性高。

  缺點:網(wǎng)絡節(jié)點少,不適合多點布控。

  5.ZigBee/802.15.4協(xié)議

  Zigbee被正式提出來是在2003年,它的出現(xiàn)是為了彌補藍牙通信協(xié)議的高復雜,功耗大,距離近,組網(wǎng)規(guī)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(wǎng)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(nèi)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(wǎng)的方式進行通信,也是無線傳感器網(wǎng)領域最為著名的無線通信協(xié)議。在無線傳感器網(wǎng)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(tài)路由器會迅速的找出另外一條近距離的信道傳輸數(shù)據(jù),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(chǎn)品,全都支持ZigBee通信,以及最近推出的小米溫濕度傳感器。

  優(yōu)點:安全性高,功耗低,組網(wǎng)能力強,容量大,電池壽命長。

  缺點:成本高,抗干擾性差,ZigBee協(xié)議沒有開源,通信距離短。

  6.Thread/IEEE 802.15.4協(xié)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(xié)議,無論在傳輸安全,還是系統(tǒng)可靠性上都做了非常棒的優(yōu)化。它既可以承載高通海爾數(shù)十企業(yè)組物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的唯一通訊協(xié)定,隨后Nest發(fā)起產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,聯(lián)盟成員共同推廣Thread協(xié)議,Thread短距離通信上面也是大有可為。

  7.Z-Wave協(xié)議

  Z-Wave無線組網(wǎng)規(guī)格于2004年提出,由丹麥的芯片與軟件開發(fā)商Zensys主導,Z-wave聯(lián)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(wǎng)狀網(wǎng)絡技術,因此任何節(jié)點都能直接或間接地和通信范圍內(nèi)的其它臨近節(jié)點通信。數(shù)據(jù)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(nèi)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(fā)展,但也是走得小心翼翼。

  優(yōu)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(fā)。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,500px距離內(nèi)。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(yè)務模式進行數(shù)據(jù)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(yōu)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(lián)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(shù)據(jù),能在10m左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mb/s至數(shù)Gb/s的數(shù)據(jù)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(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢,主要應用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)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(fā)出的光)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜聼o線傳輸技術,由英國愛丁堡大學HaraldHass教授發(fā)明。LiFi相當于Wi-Fi的可見光無線通信(VLC)技術,能利用發(fā)光二極管(LED)燈泡的光波傳輸數(shù)據(jù),可同時提供照明與無線聯(lián)網(wǎng),且不會產(chǎn)生電磁干擾,有助緩解現(xiàn)今網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的世界里大放異彩。我們也期待多幾個華為這樣的企業(yè)在行業(yè)里普及“普通話”,一起助力物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),帶我們走向更加安心舒適的現(xiàn)代化生活。

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