图画告诉你:关于WiFi,蓝牙,ZigBee,NB-IoT,4G, COAP,MQTT

图画告诉你:关于WiFi,蓝牙,ZigBee,NB-IoT,4G, COAP,MQTT,第1张

首先,物联网界,万物都疯了,苦于它们没有生命,没有嘴。自己想表达的信息只能通过各种通讯协议传达给人类和世界各地。

NB-IoT,4G对比:

WIFI和zigbee对比:

ZigBee、Wi-Fi、蓝牙和几种无线技术的对比如下表所示:

在2015年9月的RAN #69会议上经过激烈撕逼后协商统一,NB-IoT可认为是NB-CIoT和NB-LTE的融合。

物联网的应用场景相当广泛,比如,智能泊车、自行车联网防盗、车联网、智慧城市、智慧建筑、环境监控…

——完——

Bluetooth BR/EDR和BLE是两种不同的蓝牙技术,它们在使用上有一些区别,具体如下:

技术特性:BR/EDR是传统蓝牙技术,主要用于高速数据传输和音频传输,而BLE则是低功耗蓝牙技术,主要用于物联网设备和传感器等低带宽应用。

传输速率:BR/EDR的最高传输速率为3Mbps,而BLE的最高传输速率为1Mbps,但BLE的传输速率在实际应用中通常更低。

范围:BR/EDR的通信范围较广,可达到约100米,而BLE的通信范围较短,通常为10米左右。

能耗:BLE比BR/EDR更节能,因为它的工作方式更为简单,使用的功率更低,因此更适合低功耗设备。

兼容性:BR/EDR是传统蓝牙技术,与大多数蓝牙设备兼容,而BLE只能与支持BLE的设备进行通信。

总之,BR/EDR和BLE各有优缺点,在不同的应用场景中应选择适合的技术。

物联网从提出到发展到进来也已经有了十多年,另外从零星的设备接入,到现在的万物互联,涉及的领域非常广泛。

一、智慧物流

1、仓库储存:通常采用基于LORA、NB-LOT等传输网络的物联网仓库管理信息系统,完成收货入库、盘点调拨、拣货出库以及整个系统的数据查询、备份、统计、报表生产及报表管理等任务。

2、运输监测:实时监测货物运输中的车辆行驶情况以及货物运输情况,包括货物位置、状态环境以及车辆的油耗、油量、车速及刹车次数等驾驶行为。

3、智能快递柜:将云计算和物联网等技术结合,实现快件存取和后台中心数据处理,通过RFID或摄像头实时采集、监测货物收发等数据。

二、智能交通

1、智能公交车:结合公交车辆的运行特点, 建设公交智能调度系统, 对线路、车辆进行规划调度, 实现智能排班。

2、共享单车:运用带有GPS 或NB-IoT 模块的智能锁, 通过APP 相连, 实现精准定位、实时掌控车辆状态等。

3、汽车联网:利用先进的传感器及控制技术等实现自动驾驶或智能驾驶, 实时监控车辆运行状态, 降低交通事故发生率。

4、智慧停车:通过安装地磁感应, 连接进入停车场的智能手机, 实现停车自动导航、在线查询车位等功能。

5、智能红绿灯:依据车流量, 行人及天气等情况, 动态调控灯信号, 来控制车流, 提高道路承载力。

6、汽车电子标识:采用RFID技术, 实现对车辆身份的精准识别、车辆信息的动态采集等功能。

7、充电桩:通过物联网设备, 实现充电桩定位、充放电控制、状态监测及统一管理等功能。

8、高速无感收费:通过摄像头识别车牌信息, 根据路径信息进行收费, 提高通行效率、缩短车辆等候时间等。

三、智能安防

1、门禁系统:主要以感应卡式,指纹,虹膜以及面 部识别等为主,有安全、便捷和高效 的特点,能联动视频抓拍、远程开门、手机位置探测及轨迹分析等。

2、报警系统:主要通过报警主机进行报警,同时,部分研发厂商会将语音模块以及网络控制模块置于报警主机中,缩短报警反映时间。

3、监控系统:主要以视频为主,分为警用和民用市场 。通过视频实时监控,使用摄像头进行抓拍 记录,将视频和进行数据存储和分析, 实时监测、确保安全。

四、智慧能源

1、智能水表:可利用先进的NB-loT技术,远程采集用水量, 以及提供用水提醒等服务。

2、智能电表:自动化信息化的新型电表, 具有远程监测用电情况, 并及时反馈等功能。

3、智能燃气表:通过网络技术, 将用气量传输到燃气集团,无需入户抄表,且能显示燃气用量及用气时间等数据。

4、智慧路灯:通过搭载传感器等设备, 实现远程照明控制以及故障自动报警等功能。

五、智能医疗

1、医疗可穿戴:通过传感器采集人体及周边环境的参数, 经传输网络,传到云端,数据处理后,反馈给用户。

2、数字化医院:将传统的医疗设备进行数字化改造,实现了数字化设备远程管理、远程监控以及电子病历查阅等功能。

六、智慧建筑

物联网应用于建筑领域,主要体现在用电照明、消防监测以及楼宇控制等。

七、智能制造

主要体现在数字化以及智能化的工厂改造上,包括工厂机械设备监控和工厂的环境监控。

八、智能家居

1、单品连接:这个阶段是将各个产品通过传输网络,如WiFi、蓝牙、ZigBee等进行连接,对每个单品单独控制。

2、物物联动:目前,各个智能家居企业将自家的所有产品进行联网、系统集成,使得各产品间能联动控制,但不同的企业单品还不能联动。

3、平台集成:这是智能家居发展的最终阶段,根据统一的标准,使各企业单品能相互兼容,目前还没有发展到这个阶段。

九、智能零售

1、自动售货机:自动售货机也叫无人售货机,分为单品售货机和多品售货机,通过物联网卡平台进行数据传输,客户验证,购物车提交,到扣款回执。

2、无人便利店:采用RFID技术,用户仅需扫码开门,便可进行商品选购,关门之后系统会自动识别所选商品,并自动完成扣款结算。

十、智慧农业

智慧农业指的是利用物联网、人工智能、大数据等现代信息技术与农业进行深度融合,实现农业生产全过程的信息感知、精准管理和智 能控制的一种全新的农业生产方式,可实现农业可视化诊断、远程控制以及灾害预警等功能。

来源:物联网在现实生活中的应用场景

在蓝牙模块选型前期,一定要了解应用场景以及需要实现的功能(应用框图),以及功能实现过程中所能提供调用的接口(主从设备,功能),考虑模块供电,尺寸,接收灵敏度,发射功率,Flash,RAM,功耗(广播,连续传输,深度睡眠,待机状态),连接距离,接口,天线,性价比等。

根据蓝牙标准,SKYLAB的BLE蓝牙模块大致分为BLE42模块,BLE50模块,BLE52模块;如果蓝牙方案中需要的是支持主从一体的蓝牙模块,则可以选择BLE42模块SKB369,BLE50模块SKB501,BLE52模块SKB378,如果是想要找高性价比且做从的蓝牙模块,则优先考虑蓝牙42模块SKB376。

BLE蓝牙模块选型之参数:

传输速率:传输速率通常是设计人员首要考虑的,因为它关系到传送的信息类型。因此在进行蓝牙模块选型的时候务必要清楚蓝牙模块的应用,并以工作状态下所需要的数据传输速率为选型标准,毕竟把高质量音乐传送到耳机所需的数据速率,与心跳监护仪所需的数据速率有着很大的差别。

连接距离:根据距离的远近来选择,根据蓝牙方案的实际应用中的距离来确定哪个BLE蓝牙模块更能够满足数据传输需求。传输距离也是一个重要的考虑因素,当然距离越远越好,SKB369的传输距离可以达到30米,SKB501的传输距离可以达到50米,SKB378的传输距离可以达到50米+;

功耗:功耗主要由传输速率和距离来决定。一般蓝牙设备通过电池供电,功耗的高低直接决定着产品的续航能力。BLE蓝牙模块本身就是以低功耗著称,但是因为其拥有多种工作状态:广播(100ms间隔),连续传输(20ms间隔),深度睡眠(μA),待机状态(μA);各个状态下的功耗值也是有区别的,这个就需要工程师根据实际的蓝牙方案来确定了。BLE52蓝牙模块SKB378拥有极低功耗:TX 41mA@0dBm, RX 36mA@1Mbps, Sleep current<18uA);适合对于功耗有着严苛要求的产品,如智能手表、智能手环表等产品;

通讯接口:模块产品本身就是为了缩减产品上市周期了,为了方便蓝牙模块的使用,现有的BLE蓝牙模块都提供灵活的硬件接口,支持UART/SPI/GPIO/I²C/I²S/PWM接口,用户可以根据蓝牙方案的实际需求入手,如果只是数据传输,采用串行接口(TTL电平)就好了。

芯片方案:芯片决定着蓝牙模块的运算能力,没有一颗强劲的“ 芯 ”,蓝牙模块的性能无法保证。SKYLAB BLE42/50蓝牙模块都是基于Nordic方案研发推出,参数性能稳定可靠。SKYLAB BLE52蓝牙模块SKB378主频768MHz,32位ARM Cotex-M33处理器,同时内置32kB RAM和512kB Flash,支持模拟或者数字外设;

工作方式:BLE蓝牙一般分主、从机、主从一体/主从同连,一个主机目前最大可以与7个从机通讯,支持点对点通信;

目前市场中SKYLAB的BLE蓝牙模块主要是基于Nordic方案的蓝牙模块,分别是基于Nordic nRF52832芯片制作的SKB369和基于Nordic nRF52840芯片制作的SKB501,以及基于EFR32BG22蓝牙无线收发芯片的SKB378。可应用于互动娱乐设备:遥控、3D眼镜、游戏控制器;个人区域网络:健康/健身传感器和监护仪、医疗设备、钥匙扣+手表;遥控玩具;蓝牙信标;蓝牙网关;室内定位。

LoRa

LoRa(长 距离)是由Semtech公司开发的一种技术,典型工作频率在美国是915MHz,在欧洲是868MHz,在亚洲是433MHz。LoRa的物理层 (PHY)使用了一种独特形式的带前向纠错(FEC)的调频啁啾扩频技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段,只要每台设备采用不同的啁啾和 数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km,最长距离可达15km,具体取决于所处的位置和天线特性。

LoRa芯片在整个产业链中处于基础核心地位,重要性不言而喻。值得注意的是,目前美国Semtech公司是LoRa芯片的核心供应商,掌握着LoRa底层技术的核心专利。而Semtech的客户主要有两种,一是获得Semtech LoRa芯片IP授权的半导体公司;二是直接采用Semtech芯片做SIP级芯片的厂商,包括微芯 科技 (Microchip)等。

Wi-Fi

Wi-Fi被广泛用于许多物联网应用案例,最常见的是作为从网关到连接互联网的路由器的链路。然而,它也被用于要求高速和中距离的主要无线链路。

大多数Wi-Fi版本工作在24GHz免许可频段,传输距离长达100米,具体取决于应用环境。流行的80211n速度可达300Mb/s,而更新的、工作在5GHz ISM频段的80211ac,速度甚至可以超过13Gb/s。

一 种被称为HaLow的适合物联网应用的新版Wi-Fi即将推出。这个版本的代号是80211ah,在美国使用902MHz至928MHz的免许可频段, 其它国家使用1GHz以下的类似频段。虽然大多数Wi-Fi设备在理想条件下最大只能达到100米的覆盖范围,但HaLow在使用合适天线的情况下可以远达1km。

80211ah 的调制技术是OFDM,它在1MHz信道中使用24个子载波,在更大带宽的信道中使用52个子载波。它可以是BPSK、QPSK或QAM,因此可以提供宽 范围的数据速率。在大多数情况下100kb/s到数Mb/s的速率足够用了——真正的目标是低功耗。Wi-Fi联盟透露,它将在2018年前完成 80211ah的测试和认证计划。

针对物联网应用的另外一种新的Wi-Fi标准是80211af。它旨在使用从54MHz到698MHz范围内的电视空白频段或未使用的电视频道。这些频道 很适合长距离和非视距传输。调制技术是采用BPSK、QPSK或QAM的OFDM。每个6MHz信道的最大数据速率大约为24Mb/s,不过在更低的 VHF电视频段有望实现更长的距离。
ZigBee

ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802154标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee是物联网的理想选择之一。

虽然ZigBee一般工作在24GHz ISM频段,但它也可以在902MHz到928MHz和868MHz频段中使用。在24GHz频段中数据速率是250kb/s。它可以用在点到点、星形和网格配置中,支持多达254个节点。与其它技术一样,安全性是通过AES-128加密来保证的。ZigBee的一个主要优势是有预先开发好的软件应用配 置文件供具体应用(包括物联网)使用。最终产品必须得到许可。

ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事?举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

NB-IoT

窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

蓝牙50

蓝牙是一种无线传输技术,理论上能够在最远 100 米左右的设备之间进行短距离连线,但实际使用时大约只有 10 米。其最大特色在于能让轻易携带的移动通讯设备和电脑,在不借助电缆的情况下联网,并传输资料和讯息,目前普遍被应用在智能手机和智慧穿戴设备的连结以及智慧家庭、车用物联网等领域中。新到来的蓝牙 50 不仅可以向下相容旧版本产品,且能带来更高速、更远传输距离的优势。

行业主要企业:大富科技(300134)、梦网集团(002123)、共进股份(603118)、胜宏科技(300476)、润和软件(300339)、立昂技术(300603)

本文核心数据:全球物联网市场规模、全球物联网连接数量、全球物联网下游行业分布

处于市场验证期

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与因特网连接起来,进行信息交换
和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网发 展历史悠久,可分为三个阶段:

物联网连接数超120亿个

根据全球移动通信系统协会(GSMA)统计数据显示,2010-2020年全球物联网设备数量高速增长,复合增长率达19%;2020年,全球物联网设备连接数量高达126亿个。“万物物联”成为全球网络未来发展的重要方向,据GSMA预测,2025年全球物联网设备(包括蜂窝及非蜂窝)联网数量将达到约246亿个。万物互联成为全球网络未来发展的重要方向。

下游制造业/工业占比最大

从下游领域来看,根据IoT
Analytics的数据,2020年全球物联网行业下游占比中,制造业/工业占比22%排在首位,其次是交通/车联网,占比15%。智慧能源、智慧零售、智慧城市、智慧医疗和智能物流分别占比14%、12%、12%、9%和7%,排在第3至7位。

2020年物联网链接内容90%属低功耗、广域网领域

2020年整个物联网90%连接属于低功耗、广域网领域。万物互联趋势下,传统移动蜂窝网络的高使用成本和高功耗催生了专为物联网连接设计的低功耗广域连接技术,对应中低速率应用场景,拥有广覆盖、扩展性强等特征,更符合室外、大规模接入的物联网应用。

2026年市场规模接近155万亿美元

根据知名国际信息技术数据公司lDC的测算,2019年全球loT市场规模为6860亿美元,到2022年,这一数字将突破万亿美元;与此同时,2019年全球通过万物互联传输的数据规模已达到14ZB,2025年传输规模则将达到80ZB。在loT行业本身的从全球来看,目前全球物联网相关的技术、标准、产业、应用、服务处于高速发展阶段。整体上物联网核心技术持续发展,标准体系正在构建,产业体系处于建立和完善过程中。移动互联网连接和工业互联网连接是未来发展的主要趋势,根据lDC的测算数据,2020年全球物联网市场规模为7490亿美元,年平均增长率为1220%;预计2026年,全球物联网市场规模将会接近155万亿美元。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》。

蓝牙网关可以通过4G,WIFI,以太网等方式,实现对蓝牙终端设备的远程控制和数据采集;也可以通过RS232,RS485方式,实现对蓝牙终端的近距离数据采集或无线双向通讯。

蓝牙网关的技术发展到现在,已经不再是一个仅仅用于扫描蓝牙beacon设备的广播数据的数据中转设备了。

蓝牙扫描网关:主要用于扫描到iBeacon设备广播数据中的RSSI,MAC标识,做一些定位,资产管理等简单的应用,进而衍生出一些对心跳,计步,温度,湿度等广播数据采集的诸如健康体征监测,冷库温湿度监测等场景应用。优势在于能在实际场景中同时采集数百个蓝牙设备的广播数据,采集效率高,其局限性在于只支持单向传输,且采集数据的过程中有丢包的可能。

蓝牙连接网关:主要用于和蓝牙设备的远程双向通讯,实现采集蓝牙终端设备的同时,也能下发指令控制蓝牙设备,蓝牙网关不仅能同时连接多个设备,而且能同时连接多个不同类型的设备,这将有助于蓝牙物联网的发展迈向一个新的台阶,也为无数的大数据平台提供了数据来源,最典型的则是应用在医护场景,养老院场景,车位锁管理,储物柜管理等。


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