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如今,“物联网”不仅是一个愿景,而且已经在工业自动化、智能农业、智能公交、高端酒店等许多实际应用场景中实现了本地物联网。物联网是未来十年最具发展前景的领域,相关的无线通信技术也在逐渐兴起。
蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、GPRS、NFC是物联网中应用最广泛的无线技术。除此之外,还有许多无线技术,它们在各自适合的场景中发挥着不可或缺的作用。本文将通过十种常见的无线通信技术的优缺点和应用场景,带您了解真正的物联网通信技术。
蓝牙是一种无线技术标准,可以实现固定设备、移动设备和建筑物个人域网络之间的短距离数据交换。蓝牙可以连接多个设备,克服了数据同步的问题。蓝牙技术最初是爱立信在1994年发明的。如今,蓝牙技术联盟(Bluetooth technology alliance)在全球拥有超过25000家成员公司。它们分布在电信、计算机、网络和消费电子领域。
蓝牙技术的特点包括跳频技术、抗信号衰落;快速跳频和短分组技术可以减少同频干扰,保证传输的可靠性;前向纠错编码技术可以减少长距离传输中随机噪声的影响;调频调制可以降低设备的复杂度等,蓝牙的核心规范是提供两个或两个以上的微微网组成分布式网络,从而使特定的设备能够同时自动地在这些微微网中扮演主设备和从设备的角色。蓝牙主设备可以在一个微型网络中与多达七个设备通信。设备的角色可以通过协议改变,从设备也可以改变为主设备。
与蓝牙技术不同,ZigBee技术是一种短距离、低功耗、低成本的无线通信技术。它是一种低速、短距离传输的无线网络协议。这个名字来源于蜜蜂的八字舞,因为蜜蜂依靠飞翔的“舞”和抖动翅膀的“之”来与同伴传递花粉的方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式在群体中形成一个交流网络。
ZigBee具有距离短、复杂度低、自组织、低功耗、低数据速率等特点。ZigBee协议由物理层、媒体访问控制层、传输层、网络层、应用层等组成,物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee技术适用于自动控制和远程控制,可以嵌入到各种设备中。
Wi-Fi在我们的生活中很常见。一线城市几乎所有的公共场所都有无线网络,这是由其低成本和传输特性决定的。Wi-Fi是一种允许电子设备连接到无线局域网的技术,通常使用2.4G UHF或5g SHF ism射频频段。连接到无线局域网通常是受密码保护的;但是,它也是开放的,因此可以连接WLAN范围内的任何设备。
无线网络在手持设备中的应用越来越广泛,智能手机就是其中之一。与早期蓝牙技术应用于手机不同,Wi-Fi具有更大的覆盖范围和更高的传输速率,因此Wi-Fi手机成为2010年移动通信行业的时尚潮流。
Lifi又称可见光无线通信,是一种利用可见光频谱进行数据传输的新型无线传输技术。它是由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主任哈拉尔德·哈斯教授和德国物理学家共同发明的。Lifi是一种类似WiFi热点的设备,通过在灯泡中植入一个微小的芯片,使终端可以随时接入网络。
这项技术的最大特点是通过改变房间照明的闪烁频率来传输数据。只要在室内打开灯,就可以在没有WiFi的情况下上网。它在未来的智能家居中有着广阔的应用前景。
GPRS是GSM手机用户可以使用的一种移动数据业务。属于第二代移动通信的数据传输技术。GPRS可以说是GSM的延续。GPRS不同于以往的连续信道传输方式。它以分组方式传输。因此,由用户承担的成本是由数据传输单元而不是整个信道来计算的,这在理论上是比较便宜的。
GPRS是2G与3G之间的技术,又称2.5G,为GSM向3G的顺利过渡奠定了基础。随着移动通信技术的发展,3G、4G、5G技术也逐渐发展,GPRS逐渐被这些技术所取代。
Z-Wave是一种基于射频技术的新型短距离无线通信技术,具有成本低、功耗低、可靠性高、适合网络化等优点。这是一个由丹麦zensys公司领导的无线网络规范。工作频段为908.42mhz(美国)至868.42mhz(欧洲)。采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式。数据传输速率为9.6kbps,适合于窄带应用。
随着通信距离的增加,设备的复杂度、功耗和系统成本都在增加。与现有的各种无线通信技术相比,Z波技术将是功耗和成本最低的技术,有力地推动了低速无线个人局域网的发展。
RF 433也称为无线收发器模块。采用射频技术。它由全数字技术生产的单片集成射频前端和ATMEL的AVR单片机组成。它是一种能够高速传输数据信号的微型收发器。对无线传输的数据进行打包、检错和纠错。
RF 433技术的应用范围包括无线POS机和PDA等无线智能终端、安防、机房无线监控和门禁系统。营销和促销有什么区别交通、气象、环境数据采集、智能小区、楼宇自动化、PLC、物流跟踪、仓库检测等领域。
NFC是一种新技术。使用NFC技术的设备可以在彼此靠近时交换数据。它是从非接触式RFID技术和互联技术的融合发展而来的。通过在单片机上集成感应读卡器、感应卡和点对点通信功能,利用移动终端应用可以实现移动支付、门禁、身份识别等功能。
UWB是一种无载波通信技术,它利用纳秒到微秒的非正弦窄脉冲来传输数据。近年来,超宽带技术已被用于短距离、高速的数据传输。近年来,它开始利用亚纳秒超窄脉冲进行短程、精确的室内定位。
与传统的带宽相对较窄的无线系统(如蓝牙和WLAN)不同,UWB可以在较宽的频率上发送一系列非常窄的低功率脉冲。宽带、低功耗和脉冲数据意味着UWB带来的干扰小于传统窄带无线解决方案带来的干扰,可以在室内无线环境中提供与有线相当的性能。
Modbus是一种串行通信协议,由Modicon公司(现称施耐德电气)于1979年发布,使用PLC进行通信。Modbus已成为工业领域通信协议的行业标准,是目前工业电子设备之间常用的连接方式。
Modbus是主/从协议。有一个主节点,使用Modbus协议参与通信的其他节点是从节点。每个从设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有指定为主节点的节点才能启动命令。
许多调制解调器和网关都支持Modbus协议,因为Modbus协议简单且易于复制。其中一些是专门为这个协议设计的,但是设计人员需要克服一些问题,包括高延迟和定时。
无线通信技术是未来实现物联网和工业自动化最基本的技术。随着无线应用的发展,各种技术和设备对无线通信技术的依赖性也越来越强。
上述十大无线通信技术各有优缺点,也受各自应用场景的限制。例如,Z-Wave技术在住宅、照明业务控制和状态读取应用方面具有不可替代的优势;蓝牙和Wi-Fi具有明显的成本和传输特性,在商场、交通等常见的网络场景中具有很大的优势;而MODBUS技术的特点决定了它注定是工业通信的首选,其地位是不可替代的。
为了实现真正的物联网,这些技术联盟和人员需要共同努力,相互合作,共同支撑未来世界上巨大的物联网。