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。

 

许多通信技术是众所周知的,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替代品,以及在主要城市实施的空白电视技术用于更广泛的基于 IoT 的用例。根据应用,范围,数据要求,安全性和功率需求以及电池寿命等因素将决定某种形式的技术组合的选择。这些是向开发人员提供的一些主要通信技术。

 

蓝牙

重要的短距离通信技术当然是蓝牙技术,在计算和许多消费品市场中已经变得非常重要。预计这是可穿戴产品的关键,特别是连接到物联网,尽管可能通过智能手机在许多情况下。新的蓝牙低功耗(BLE)或蓝牙智能(如现在已被标注)是物联网应用的重要协议。重要的是,虽然它提供了与蓝牙类似的范围,但它的设计旨在显着降低功耗。

 

但是,Smart/BLE 并不是真正设计用于文件传输,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,因此在许多竞争技术的个人设备环境中肯定具有重大优势。根据蓝牙 SIG,超过 90%的蓝牙智能手机,包括 iOS,Android 和 Windows 的型号,预计到 2018 年将“智能就绪”。

 

使用蓝牙智能功能的设备包含了基于射频收发器,基带和协议栈的基本数据速率和低能量核心配置的蓝牙核心规范版本 4.0(或更高版本 – 2014 年底最新版本 4.2) 。重要的是,版本 4.2 通过其互联网协议支持配置文件将允许蓝牙智能传感器通过 6LoWPAN 连接直接访问互联网(下面更多)。这种 IP 连接使得可以使用现有的 IP 基础设施来管理蓝牙智能边缘设备。有关蓝牙 4.2 的更多信息,可从 RS 获得各种蓝牙模块

 

标准:蓝牙 4.2 核心规格

频率:2.4GHz(ISM)

范围:50-150 米(智能 /BLE)

数据速率:1Mbps(智能 /BLE)

 

Zigbee

ZigBee 像蓝牙一样具有大量的操作基础,尽管传统上在工业环境中也是如此。 ZigBee PRO 和 ZigBee 远程控制(RF4CE)以及其他可用的 ZigBee 配置文件均基于 IEEE802.15.4 协议,该协议是以 2.4GHz 为目标的行业标准无线网络技术,针对的应用程序需要相对不频繁的数据交换,在限制区域内的距离在 100 米范围内,例如在家庭或建筑物中。

 

ZigBee/RF4CE 在复杂系统中具有一些显着的优势,提供低功耗操作,高安全性,鲁棒性和高可扩展性,具有高节点数量,并且有能力利用 M2M 和 IoT 应用中的无线控制和传感器网络。 ZigBee 的最新版本是最近推出的 3.0 版本,它基本上是将各种 ZigBee 无线标准统一为单一标准。 ZigBee 开发的示例产品和套件包括 TI 的 CC2538SF53RTQT ZigBee 片上系统集成电路和 CC2538 ZigBee 开发套件。

 

标准:基于 IEEE802.15.4 的 ZigBee 3.0

频率:2.4GHz

范围:10-100 米

数据速率:250kbps

 

Z 波

Z-Wave 是一种低功耗射频通信技术,主要用于诸如灯控制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 的小数据数据包的可靠和低延迟通信进行了优化,其工作在 1GHz 频段,并且不受 WiFi 和其他无线技术在 2.4 GHz 范围内的干扰,如蓝牙或 ZigBee。它支持全网状网络,而不需要协调器节点,并且是非常可扩展的,可以控制多达 232 个设备。 Z-Wave 使用比其他一些更简单的协议,可以实现更快更简单的开发,但与其他无线技术(如 ZigBee 等)的多种来源相比,唯一的芯片制造商是 Sigma Designs。

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

频率:900MHz(ISM)

范围:30m

数据速率:9.6/40/100kbit/s

 

6LowPAN

基于 IP(Internet Protocol)的技术是 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 应用协议技术,而是一种定义封装和头压缩机制的网络协议。该标准具有频带和物理层的自由度,也可以在多种通信平台上使用,包括以太网,Wi-Fi,802.15.4 和 sub-1GHz ISM。一个关键的属性是 IPv6(互联网协议版本 6)堆栈,这是近年来非常重要的介绍,以实现物联网。 IPv6 是 IPv4 的后继者,为世界上每个人提供大约 5 x 1028 个地址,使世界上任何嵌入式对象或设备都拥有自己的唯一 IP 地址并连接到互联网。例如,IPv6 专为家庭或楼宇自动化设计,提供了一种基本的传输机制,可以通过低功耗无线网络以成本效益的方式生产复杂的控制系统和与设备进行通信。

 

该标准旨在通过基于 IEEE802.15.4 的网络发送 IPv6 数据包,并实施开放 IP 标准,包括 TCP,UDP,HTTP,COAP,MQTT 和 Websockets,该标准提供端对端可寻址节点,允许路由器将网络连接到 IP。 6LowPAN 是一种网状网络,具有强大的可扩展性和自愈性。网状路由器设备可以路由指定给其他设备的数据,而主机能够长时间睡眠。这里有 6LowPAN 的解释,TI 提供。

 

标准:RFC6282

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

范围: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型基于 IP 的 IPv6 网络协议。基于 6LowPAN,也喜欢它,它不是像蓝牙或 ZigBee 这样的 IoT 应用协议。然而,从应用的角度来看,它主要被设计为 WiFi 的补充,因为它识别出 WiFi 对于许多消费者设备而言是有利的,它在家庭自动化设置中使用的限制。

 

线程组于 2014 年中推出,免版税协议基于各种标准,包括 IEEE802.15.4(作为无线空中接口协议),IPv6 和 6LoWPAN,并为物联网提供了一种弹性的基于 IP 的解决方案。 Thread 专为从现有的 IEEE802.15.4 无线芯片供应商(如飞思卡尔和 Silicon Labs)工作,Thread 支持使用 IEEE802.15.4 无线电收发器的网状网络,能够处理多达 250 个具有高级别身份验证和加密的节点。相对简单的软件升级应允许用户在现有的支持 IEEE802.15.4 的设备上运行线程。

 

标准:线程,基于 IEEE802.15.4 和 6LowPAN

频率:2.4GHz(ISM)

范围:N/ A

数据速率:N/A

 

无线上网(WIFI)

WiFi 连接通常是许多开发人员的明显选择,特别是考虑到局域网内家庭环境中 WiFi 的普及。除了明确指出,现有基础架构广泛,并提供快速的数据传输和处理大量数据的能力,这不需要进一步的解释。

 

目前,在家庭和许多企业中使用的最常见的 WiFi 标准是 802.11n,其提供了在数百兆比特每秒的严格吞吐量,这对于文件传输是很好的,但对于许多 IoT 应用来说可能太耗电了。 RS 提供了一系列用于构建基于 WiFi 的应用的 RF 开发套件。

 

标准:基于 802.11n(今天最常见的用途)

频率:2.4GHz 和 5GHz 频段

范围:约 50m

数据速率:最大 600 Mbps,但根据所使用的通道频率和天线数量(最新的 802.11-ac 标准应提供 500Mbps 至 1Gbps),150-200Mbps 更为典型。

 

蜂窝

需要更长距离运行的 IoT 应用程序可以利用 GSM/3G/4G 蜂窝通信功能。虽然蜂窝电话显然能够发送大量的数据,特别是对于 4G,但对于许多应用来说,费用和功耗将会太高,但是对于传输速度非常低的基于传感器的低带宽数据项目来说,这是非常理想的互联网上的数据量。该领域的一个关键产品是 SparqEE 系列产品,包括原始的小型 CELLv1.0 低成本开发板和一系列与 Raspberry Pi 和 Arduino 平台一起使用的屏蔽连接板。

 

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

频率:900/1800/1900/2100MHz

范围: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(近场通信)是一种技术,能够实现电子设备之间的简单和安全的双向交互,特别适用于智能手机,允许消费者执行非接触式支付交易,访问数字内容和连接电子设备。本质上它扩展了非接触式卡技术的能力,并使设备能够在距离小于 4cm 的情况下共享信息。此处提供更多信息。

 

标准:ISO/IEC 18000-3

频率:13.56MHz(ISM)

范围:10 厘米

数据速率:100-420kbps

 

Sigfox

标题另一种广泛的技术是 Sigfox,它的范围在 WiFi 和蜂窝之间。它使用可免费使用的 ISM 频带,而不需要获取许可证,以便在非常窄的频谱范围内将数据传输到连接对象和从连接对象传输数据。 Sigfox 的想法是,对于运行在小型电池上的许多 M2M 应用程序,只需要低级别的数据传输,则 WiFi 的范围太短,而蜂窝电话太贵,并且功耗太大。 Sigfox 使用一种称为超窄带(UNB)的技术,仅用于处理每秒 10 至 1,000 位的低数据传输速度。与 5000 微瓦相比,蜂窝通信消耗的电量仅为 50 微瓦,或者可以通过 2.5Ah 电池提供典型的待机时间 20 年,而蜂窝电话仅为 0.2 年。

 

已经部署在成千上万个连接对象中,该网络目前正在欧洲主要城市推出,其中包括英国的十个城市。该网络提供了一个强大的,功率高效和可扩展的网络,可以与数百万个电池供电设备在几平方公里的区域进行通信,使其适用于预期包括智能电表,病人监视器,安全设备,街道照明和环境传感器。 Sigfox 系统使用 Silicon Labs 等 EZRadioPro 无线收发器等硅片,为在 1GHz 以下频段工作的无线网络应用提供行业领先的无线性能,扩展范围和超低功耗。

 

标准:Sigfox

频率:900MHz

范围: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 频段内运行,Neul 利用电视白空间频谱的小片,提供高可扩展性,高覆盖率,低功耗和低成本无线网络。系统基于 Iceni 芯片,其使用白色空间无线电进行通信,以访问高质量的 UHF 频谱,由于模拟到数字电视转换,现在可用。通信技术称为无重量,是一种为 IoT 设计的新型广域无线网络技术,与现有的 GPRS,3G,CDMA 和 LTE WAN 解决方案大有竞争。数据速率可以是在同一个单一链路上从每秒几位到 100kbps 的任何数据速率;并且设备可以从 2xAA 电池消耗少至 20 至 30mA,这意味着在现场 10 至 15 年。

 

标准:Neul

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

范围:10 公里

数据速率:最少可达 100kbps

 

LoRaWAN

Again 在某些方面与 Sigfox 和 Neul 类似,LoRaWAN 针对广域网(WAN)应用,旨在为具有特定功能的低功率 WAN 提供支持,以便在 IoT,M2M 和 M2M 中支持低成本移动安全双向通信智能城市和工业应用。针对低功耗优化并支持具有数百万和数百万台设备的大型网络,数据速率范围为 0.3 kbps 至 50 kbps。

 

标准:LoRaWAN

频率:各种

范围:2-5 公里(城市环境),15 公里(郊区环境)

数据速率:0.3-50 kbps。