Carina因OFDM采用各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰,所以频带利用率就相对提高。
在频分复用中,信道的带宽被分为若干个相互不重叠的频段,每路信号占用其中一个频段,因而在接受端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开,从而恢复出所需要的信号。
从蓝牙的发展历史中,弄清蓝牙mesh的前世今生?思考灵魂三问:从哪来,到哪去,它要干什么。为接下来学习蓝牙mesh做准备。
为什么命名蓝牙呢?这要源于一个小故事,十世纪的丹麦有一位国王叫Harald Blatand,此人口齿伶俐、善于交际。他将挪威、瑞典和丹麦统一了起来。由于他喜欢吃蓝莓,牙龈常常是蓝色的,因此有蓝牙国王之称。设计人员在确定名称时觉得“蓝牙”这个名字极具表现力,而且Blatand国王的个性很符合这项技术的特征,因此使用了“蓝牙”这个名称。蓝牙标志设计取自 Harald Bluetooth 名字中的“H”和“B”蓝牙标志的来历个字母,用古北欧字母来表示,将这两者结合起来,就成为了蓝牙的logo。
野蛮生长阶段
蓝牙的核心是短距离无线电通讯,它的基础来自于跳频扩频(FHSS)技术,由好莱坞女演员 Hedy Lamarr 和钢琴家 George Antheil 在 1942 年 8 月申请的专利上提出。他们从钢琴的按键数量上得到启发,通过使用 88 种不同载波频率的无线电控制鱼雷,由于传输频率是不断跳变的,因此具有一定的保密能力和抗干扰能力。
起初该项技术并没有引起美国军方的重视,直到 20 世纪 80 年代才被军方用于战场上的无线通讯系统,跳频扩频(FHSS)技术后来在解决包括蓝牙、WiFi、3G 移动通讯系统在无线数据收发问题上发挥着关键作用。
20 世纪 80至 90 年代,正值通讯技术爆发的时代,当时多家科技巨头都在研究一种能够将不同设备无线连接在一起的短距离无线通讯技术。
1994 年,JaapHaartsen 完成了该项技术最核心的基带部分, Sven Mattissson 则完成了无线射频部分,加上链接管理(LMP),这3部分构成了该项技术的核心协议层。这就是最早期的蓝牙技术,只是这个时候还不叫蓝牙。
经过漫长的野蛮生长,各种标准层出不穷,所谓分久必合合久必分。
为了方便,不可能每家都用自己的标准,就像充电数据线,市面上两种充电数据线,苹果和安卓,即便如此,也让人感觉头疼。试下一下,如果一个手机厂商,使用一种充电线,将会是一种什么样的场景。蓝牙mesh的标准,诞生也与蓝牙的诞生方式如出一辙。2017年以前,在国内外也是各种自家的蓝牙mesh标准,直到Sig发布正式版才得以统一。
爱立信在 1994 年创制的方案,该方案旨在研究移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。发明者希望为设备间的无线通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户间互不兼容的移动电子设备的通信问题,用于替代 RS-232 串口通讯标准。
1996 年12 月,Ericsson,Nokia,Intel,Toshiba 和 IBM决定成立一个特定兴趣小组(SpecialInterestGroup)来统一和维护该项无线通讯技术标准,以便使其能够成为未来的无线通信标准。经过讨论,Intel 负责半导体芯片和传输软件的开发,爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发,IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。
1998 年 5 月 20 日,爱立信联合 IBM、英特尔、诺基亚及东芝 5 家著名厂商成立 “特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG) ,即蓝牙技术联盟的前身,目标是开发一个成本低、效益高、可以在短距离范围内随意无线连接的蓝牙技术标准。当年蓝牙推出 07 规格,支持 Baseband 与 LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部分。
1999 年先后推出 08 版、09 版、10 Draft 版。完成了 SDP(Service Discovery Protocol)协定和 TCS(Telephony Control Specification)协定。
1999 年 7 月 26 日正式公布 10A 版,确定使用 24GHz 频段。和当时流行的红外线技术相比,蓝牙有着更高的传输速度,而且不需要像红外线那样进行接口对接口的连接,所有蓝牙设备基本上只要在有效通讯范围内使用,就可以进行随时连接。 任何角度和方向都可以实现数据的交换,就此拉开了蓝牙技术突飞猛进的序幕。
1999 年下半年,苹果、微软、摩托罗拉、三星、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织,从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。
到 2000 年 4 月,SIG 的成员数已超过 1500,其成长速度超过任何其他的无线联盟。截止目前,共有3万6千多家公司成为特别兴趣小组成员。蓝牙协议最新的版本也到了52,于2020年1月7日发布。暂时还没有蓝牙53要发布的消息。
第一代蓝牙:关于短距离通讯早期的探索
1999 年:蓝牙 10
早期的蓝牙 10 A 和 10B 版存在多个问题,有多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时,在两个设备“链接”(Handshaking)的过程中,蓝牙硬件的地址(BD_ADDR)会被发送出去,在协议的层面上不能做到匿名,造成泄漏数据的危险。
因此,当 10 版本推出以后,蓝牙并未立即受到广泛的应用。除了当时对应蓝牙功能的电子设备种类少,蓝牙装置也十分昂贵。
2001 年:蓝牙 11
蓝牙 11 版正式列入 IEEE 802151 标准,该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)规范,用于设备间的无线连接,传输率在748~810kb/s。但因为是早期设计,容易受到同频率之间产品干扰,影响通讯质量。
2003 年:蓝牙 12
蓝牙 12 版同样是只有 748~810kb/s 的传输率,但针对 11 版本暴露出的安全性问题,完善了匿名方式,新增屏蔽设备的硬件地址(BD_ADDR)功能,保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪,同时向下兼容 11 版。此外,还增加了四项新功能:
AFH(Adaptive Frequency Hopping)适应性跳频技术,减少了蓝牙产品与其它无线通讯装置之间所产生的干扰问题;
eSCO(Extended Synchronous Connection-Oriented links)延伸同步连结导向信道技术,用于提供 QoS 的音频传输,进一步满足高阶语音与音频产品的需求;
Faster Connection 快速连接功能,可以缩短重新搜索与再连接的时间,使连接过程更为稳定快速;
支持 Stereo 音效的传输要求,但只能以单工方式工作。
第二代蓝牙:发力传输速率的 EDR 时
2004 年:蓝牙 20
蓝牙 20 是 12 版本的改良版,新增的 EDR(Enhanced Data Rate)技术通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,使得蓝牙设备的传输率约在18M/s ~ 21M/s。
蓝牙 20 支持双工模式:可以一边进行语音通讯,一边传输文档/高质素。同时,EDR 技术通过减少工作负载循环来降低功耗,由于带宽的增加,蓝牙 20 增加了连接设备的数量。
应用最为广泛的是蓝牙20 + EDR标准,该标准在2004年已经推出,支持蓝牙20 + EDR 标准的产品也于2006年大量出现。虽蓝牙20 + EDR标准在技术上作了大量的改进,但从1X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。
蓝牙20可以算得上是生不逢时:虽然蓝牙20已经出现,但大部分的手机内还是集成的蓝牙20以下的发射端,导致了兼容性出现问题,所以,也就没有大规模的普及;另外,这也是蓝牙给大家留下不容易匹配的原因。
2007 年:蓝牙 21
蓝牙 21 新增了 Sniff Subrating 省电功能,将设备间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的 01 秒延长到 05 秒左右,从而让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。另外,新增 SSP 简易安全配对功能,改善了蓝牙设备的配对体验,同时提升了使用和安全强度。支持 NFC 近场通信,只要将两个内置有 NFC 芯片的蓝牙设备相互靠近,配对密码将通过 NFC 进行传输,无需手动输入。
2007年8月2日,蓝牙技术联盟正式批准了蓝牙21版规范,即“蓝牙21+EDR”,可供未来的设备自由使用。目前这个版本仍然占据蓝牙市场较大份额,相对20版本主要是提高了待机时间2倍以上,技术标准没有根本性变化。
市面上很多蓝牙音箱,大街小巷里面手机支付后的语音播报,就是使用的这个版本标准。通常称作音频蓝牙,在安卓中支持SSP简单安全配对,在iOS端则需要使用MFI认证。
第三代蓝牙:High Speed,传输速率高达 24Mbps
2009 年:蓝牙 30
2009年4月21日蓝牙技术联盟正式颁布蓝牙核心规范30版。蓝牙 30 新增了可选技术 High Speed,High Speed 可以使蓝牙调用 80211 WiFi 用于实现高速数据传输,传输率高达 24Mbps,是蓝牙 20 的 8 倍,轻松实现录像机至高清电视、PC 至 PMP、UMPC 至打印机之间的资料传输(需要双方都达到此标准才能实现功能)。
蓝牙 30 的核心是 AMP(Generic Alternate MAC/PHY),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。
功耗方面,蓝牙 30 引入了 EPC 增强电源控制技术,再辅以 80211,实际空闲功耗明显降低。
第四代蓝牙:主推” Low Energy”低功耗
2010 年:蓝牙 40
蓝牙40规范于2010年7月7日正式发布,新版本的最大意义在于低功耗,同时加强不同厂商之间的设备兼容性,并且降低延迟,理论最高传输速度依然为24Mbps(即3MB/s),有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)。拥有更快的响应速度,最短可在 3 毫秒内完成连接设置并开始传输数据。更安全的技术,使用 AES-128 CCM 加密算法进行数据包加密和认证。
蓝牙 40 是迄今为止第一个蓝牙综合协议规范,将三种规格集成在一起。其中最重要的变化就是 BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗功能,提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式:
BLE 前身是 NOKIA 开发的 Wibree 技术,本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术,在被 SIG 接纳并规范化之后重命名为 Bluetooth Low Energy(后简称低功耗蓝牙)。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式。
蓝牙 40 的芯片模式分为 单模(Single mode) 与双模( Dual mode)。Single mode 只能与蓝牙 40 互相传输无法向下与 30/21/20 版本兼容;Dual mode 可以向下兼容 30/21/20 版本。前者应用于使用纽扣电池的传感器设备,例如对功耗要求较高的心率检测器和温度计;后者应用于传统蓝牙设备,同时兼顾低功耗的需求。
2013 年:蓝牙 41
蓝牙41于2013年12月6日发布,与LTE无线电信号之间如果同时传输数据,那么蓝牙41可以自动协调两者的传输信息,理论上可以减少其它信号对蓝牙41的干扰。改进是提升了连接速度并且更加智能化,比如减少了设备之间重新连接的时间,意味着用户如果走出了蓝牙41的信号范围并且断开连接的时间不算很长,当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接,反应时间要比蓝牙40更短。最后一个改进之处是提高传输效率,如果用户连接的设备非常多,比如连接了多部可穿戴设备,彼此之间的信息都能即时发送到接接收设备上。
蓝牙 41 在传输速度和传输范围上变化很小,但在软件方面有着明显的改进。此次更新目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网(Internet of Things)发展的核心动力。
允许开发人员和制造商「自定义」蓝牙 41 设备的重新连接间隔,为开发人员提供了更高的灵活性和掌控度。
支持「云同步」。蓝牙 41 加入了专用的 IPv6 通道,蓝牙 41 设备只需要连接到可以联网的设备(如手机),就可以通过 IPv6 与云端的数据进行同步,满足物联网的应用需求。
支持「扩展设备」与「中心设备」角色互换。支持蓝牙 41 标准的耳机、手表、键鼠,可以不用通过 PC、平板、手机等数据枢纽,实现自主收发数据。例如智能手表和计步器可以绕过智能手机,直接实现对话。
2014 年:蓝牙 42
2014年12月4日,最新的蓝牙42标准颁布。蓝牙42标准的公布,不仅改善了数据传输速度和隐私保护程度,还接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。
首先是速度方面变得更加快速。尽管蓝牙41版本已在之前的基础上提升了不少,但远远不能满足用户的需求,同Wi-Fi相比,显得优势不足。而蓝牙42标准通过蓝牙智能(Bluetooth Smart) 数据包的容量(MTU Size)提高,其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右,两部蓝牙设备之间的数据传输速度提高了25倍。
其次,隐私保护程度地加强也获得众多用户的好评。我们知道,蓝牙41以及其之前的版本在隐私安全上存在一定的隐患——连接一次之后便无需再确认便自动连接,容易造成隐私泄露。而在蓝牙42新的标准下,蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可,否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。
当然,最令人期待的还是新版本通过IPv6和6LoWPAN接入互联网的功能。早在蓝牙41版本时,蓝牙技术联盟便已经开始尝试接入,但由于之前版本传输率的限制以及网络芯片的不兼容性,并未完全实现这一功能。而据蓝牙技术联盟称,蓝牙42新标准已可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。相信在此基础上,一旦可IPv6和6LoWPAN广泛运用,此功能将会吸引更多的关注。
另外不得不提的是,对较老的蓝牙适配器来说,蓝牙42的部分功能将可通过软件升级的方式获得,但并非所有功能都可获取。蓝牙技术联盟称:“隐私功能或可通过固件升级的方式获得,但要视制造商的安装启用而定。速度提升和数据包扩大的功能则将要求硬件升级才能做到。”
而到目前为止,蓝牙40仍是消费者设备最常用的标准,不过Android Lollipop等移动平台已经开始添加对蓝牙41标准和蓝牙42标准的原生支持。
第五代蓝牙:开启「物联网」时代大门
2016 年:蓝牙 50
美国时间2016年6月16日,蓝牙技术联盟(SIG)在华盛顿正式发布了第五代蓝牙技术(简称蓝牙50)。蓝牙50 在低功耗模式下具备更快更远的传输能力,传输速率是蓝牙42 的两倍(速度上限为 2Mbps),有效传输距离是蓝牙42 的四倍(理论上可达 300 米),数据包容量是蓝牙42 的八倍。
支持室内定位导航功能,结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位。
另外,蓝牙50还允许无需配对接受信标的数据,比如广告、Beacon、位置信息等。同时蓝牙50标准还针对IoT物联网进行底层优化,更快更省电,力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。
2019年,SIG推出了蓝牙51新增寻向功能,将蓝牙定位的精准度提升到厘米级,功耗更低、传输更快、距离更远、定位更精准。
2020年1月,蓝牙技术联盟在拉斯维加斯举办的CES2020上发布了其新一代蓝牙音频技术标准——低功耗音频LE Audio。该方案伴随着TWS耳机的爆发而被受关注。因此,有业内人士认为,LE Audio蓝牙标准将再次对终端应用产生重大影响。
Mesh 网状网络:实现物联网的关键”钥匙“
蓝牙技术联盟于2017年7月19日正式宣布,蓝牙(Bluetooth@)技术开始全面支持Mesh网状网络。Mesh 网状网络是一项独立研发的网络技术,它能够将蓝牙设备作为信号中继站,将数据覆盖到非常大的物理区域,兼容蓝牙 4 和 5 系列的协议。
传统的蓝牙连接是通过一台设备到另一台设备的「配对」实现的,建立「一对一」或「一对多」的微型网络关系。
而 Mesh 网络能够使设备实现「多对多」的关系。Mesh 网络中每个设备节点都能发送和接收信息,只要有一个设备连上网关,信息就能够在节点之间被中继,从而让消息传输至比无线电波正常传输距离更远的位置。
这样,Mesh 网络就可以分布在制造工厂、办公楼、购物中心、商业园区以及更广的场景中,为照明设备、工业自动化设备、安防摄像机、烟雾探测器和环境传感器提供更稳定的控制方案。
物联网:未来蓝牙技术的新主场
自 1998 年来,蓝牙协议已经进行了多次更新,从音频传输、图文传输、视频传输,再到以低功耗为主打的物联网数据传输。一方面维持着蓝牙设备向下兼容性,另一方面蓝牙也正应用于越来越多的物联网设备。
随着 Low Energy 版蓝牙在功耗和传输效率上的不断提升,Classic 版本(经典蓝牙,又或音频蓝牙)自 30 后就更新不大。可以预见,未来蓝牙的主要发力点将集中在物联网,而不仅仅局限于移动设备,而 Mesh 网状网络的加入,使得蓝牙自成 IoT 体系成为可能。
据 SIG 的市场报告预估,到 2018 年底,全球蓝牙设备出货量将多达 40 亿,其中:手机、平板和 PC 今年出货量可达 20 亿,音频和娱乐设备出货量可达 12 亿,全球 86% 出厂的汽车将具备蓝牙功能,智能家居蓝牙设备出货量可达 65 亿,智能建筑、智慧城市、智慧工业等均将成为未来潜力赛道。
随着蓝牙 5 技术的出现和蓝牙 mesh 技术的成熟,大大降低了设备之间的长距离、多设备通讯门槛,为未来的 IoT 带来了更大的想象空间。这项 20 年前问世的技术,未来还会焕发出蓬勃的生命力。
无线通信技术是当今网络通信的基础,按照距离,可以分为近距离无线通信和远距离无线通信。近距离无线通信包括WIFI、蓝牙、ZigBee、Z—Wave、NFC、UWB等。远距离无线通信包括LoRa、NB-IoT等。
相比于其他无线技术:红外、无线24G、WiFi来说,蓝牙具有加密措施完善,传输过程稳定以及兼容设备丰富等诸多优点。尤其是在授权门槛逐渐降低的今天,蓝牙技术开始真正普及到所有的数码设备。不过,蓝牙这一路走来也并非完美,从10到50是一个不平凡的过程。
参考资料:
我们的客户是谁
“渔家慧”一家在养殖领域探索物联网应用的公司,在鱼塘里场安装探头,用来检测水质、光照以及大气压,回传现场的视频要云平台。农场的工作人员就可以拿着手机了解到鱼塘的水质、光照等情况,还可以通过视频查看鱼塘现场的情况。于此同时,可以回收分析数据,提供给饲料厂家、动物厂商以及地方政府等。
我们都做了啥?
我们来看看渔家慧的产品,这是鱼塘使用的无线智能溶氧仪,可以24 小时在线监测水体溶解氧和水温、水位。鱼塘地处比较偏远的乡村乡镇里,分布广泛且零散。甚至一些地方没有运营商覆盖。渔家慧采用的解决方案是终端—基站——网络平台。 养殖水域检测器采集完数据,如何将数据回传到“渔家慧”云平台,成为了难点。 锐捷给出了Rora解决方案,主要是在渔家慧现有产品上增加了一个Rora无线传输主控板,然后再把数据传输到基站。
再把数据通过我们的基站回传,图标中的产品就是我们物联网基站RG-IBS6110(YJ)
给大家介绍这款产品
RG-IBS6110(YJ)是锐捷网络推出面向全行场景的、基于LoRa广域物联网通讯的低功耗基站;该产品适用于少量终端,需要远距离传输的使用场景,具备低成本部署的特点。
具有长距离覆盖、高并发、网络安全、射频控制等特点,可以配合锐捷网络LoRa通讯模组及物联网控制平台,实现终端接入、数据转发等业务。
接着给大家科普LoRa
LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种,是Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术,是Semtech射频部分产生的一种独特的调制格式。LoRa这个名字来源于Long Range这个单词,它的最大优点就是长距离传输。LoRa采用一种扩频调制技术:CCS( Chirp Spread Spectrum ),通过扩频将信号扩展到较宽的频带中,获得扩频增益。
这个方案有难度吗
这个方案最大的难点,在低成本情况下,满足远覆盖和高并发。
比如我们基站是用了2G传输的,我们只能通过软件来改。
在软件上我们花了很多功夫。
客户用的怎么样
我们的产品已经投入给客户使用一年时间了
我们产品主要是渔家慧公司采购,再卖个养殖户
目前已经陆陆续徐采购了6批
客户反馈使用的挺好
当然我们说的不算
你可以去找客户了解一下情况
来自客户的声音
我又采访了渔家慧的负责江先生,他告诉我锐捷提供的方案目前使用情况良好,已经将产品投放到市场上使用,用户反馈不错……
他最看中是锐捷的LoRa通讯模组信号覆盖范围远,低功耗,而且稳定
上一代产品是自研的,使用的是用RF433无线模块,主要问题干扰严重,传输距离近
江先生还特别赞扬了,我们的小伙伴又能干又能吃苦,印象最深刻的是
做外场测试时候是大夏天,天气非常热
锐捷的小伙伴自己搬运,还现场安装,来来回回好几趟
使用下来,唯一的不足,设备量多的话单信道产品信道堵塞,设备电池耗电量加快
听完这个案例,你觉得怎么?都说锐捷无线的小伙伴创造力非凡,考验他们最好的方式就是拿几个项目砸他们,如果你的客户或者合作伙伴有农业物联网传输的难题或者也需要类似渔家慧这套智慧养殖物联网系统,欢迎留言或者私信余啸东
yooooo,题主好啊。
题主的题干,其实有些问题。
Zigbee是物联网的一种协议,与wifi并列。
而esp8266是一种wifi芯片,这我简单说说zigbee和wifi两种协议的特点吧,网上其实有很多写得很好,我摘抄一下:
ZigBee/WiFi/蓝牙?谁更适合智能家居
2014-12-24 08:58 [编辑:nicolelee]in分享
智能家居无疑是这几年来热门的研究对象之一,而今年随着蓝牙40技术的推出,其低功耗,低成本,传输速率快的特点让更多的人选择了蓝牙方案开发智能家居,让智能家居这个市场形成了蓝牙,WiFi,ZigBee三足鼎立的一个局面。本文主要针对三种方案的原理,技术特点及优缺点作出了一个对比并以此展望了智能家居市场的未来。
1 ZigBee (紫峰协议)
ZigBee简介
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的简称,它来源于蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是通过飞翔和“嗡嗡”(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,而ZigBee协议的方式特点与其类似便更名为ZigBee。ZigBee主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,其特点是传播距离近、低功耗、低成本、低数据速率、可自组网、协议简单。
ZigBee的主要优点如下:
1 功耗低
对比Bluetooth与WiFi,在相同的电量下(两节五号电池)可支持设备使用六个月至两年左右的时间,而Bluetooth只能工作几周,WiFi仅能工作几小时。
2 成本低
ZigBee专利费免收,传输速率较小且协议简单,大大降低了ZigBee设备的成本。
3 掉线率低
由于ZigBee的避免碰撞机制,且同时为通信业务的固定带宽预留了专用的时间空隙,使得在数据传输时不会发生竞争和冲突;可自组网的功能让其每个节点模块之间都能建立起联系,接收到的信息可通过每个节点模块间的线路进行传输,使得ZigBee传输信息的可靠性大大提高了,几乎可以认为是不会掉线的。
4 组网能力强
ZigBee的组网能力超群,建立的网络每个有60,000个节点。
5 安全保密
ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件,并集成了IEEE 802154的安全元素。
6 灵活的工作频段
2.4 GHz,868 MHz及915 MHz的使用频段均为免执照频段。
ZigBee的缺点如下:
1 传播距离近
若在不适用功率放大器的情况下,一般ZigBee的有效传播距离一般在10m——75m,主要还是适用于一些小型的区域,例如家庭和办公场所。但若在牺牲掉其低掉线率的优点的前提下,以节点模块作为接收端也作为发射端,便可实现较长距离的信息传输。
2 数据信息传输速率低
处于2.4 GHz的频段时,ZigBee也只有250 Kb/s的传播速度,而且这单单是链路上的速率且不包含帧头开销、信道竞争、应答和重传,去除掉这些后实际可应用的速率会低于100 Kb/s,在多个节点运行多个应用时速率还要被他们分享掉。
3 会有延时性
ZigBee在随机接入MAC层的同时不支持时分复用的信道接入方式,因此在支持一些实时的应用时会因为发送多跳和冲突会产生延时。
ZigBee/WiFi/蓝牙?谁更适合智能家居
2014-12-24 08:58 [编辑:nicolelee]in分享
智能家居无疑是这几年来热门的研究对象之一,而今年随着蓝牙40技术的推出,其低功耗,低成本,传输速率快的特点让更多的人选择了蓝牙方案开发智能家居,让智能家居这个市场形成了蓝牙,WiFi,ZigBee三足鼎立的一个局面。本文主要针对三种方案的原理,技术特点及优缺点作出了一个对比并以此展望了智能家居市场的未来。
1 ZigBee (紫峰协议)
ZigBee简介
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的简称,它来源于蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是通过飞翔和“嗡嗡”(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,而ZigBee协议的方式特点与其类似便更名为ZigBee。ZigBee主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,其特点是传播距离近、低功耗、低成本、低数据速率、可自组网、协议简单。
ZigBee的主要优点如下:
1 功耗低
对比Bluetooth与WiFi,在相同的电量下(两节五号电池)可支持设备使用六个月至两年左右的时间,而Bluetooth只能工作几周,WiFi仅能工作几小时。
2 成本低
ZigBee专利费免收,传输速率较小且协议简单,大大降低了ZigBee设备的成本。
3 掉线率低
由于ZigBee的避免碰撞机制,且同时为通信业务的固定带宽预留了专用的时间空隙,使得在数据传输时不会发生竞争和冲突;可自组网的功能让其每个节点模块之间都能建立起联系,接收到的信息可通过每个节点模块间的线路进行传输,使得ZigBee传输信息的可靠性大大提高了,几乎可以认为是不会掉线的。
4 组网能力强
ZigBee的组网能力超群,建立的网络每个有60,000个节点。
5 安全保密
ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件,并集成了IEEE 802154的安全元素。
6 灵活的工作频段
2.4 GHz,868 MHz及915 MHz的使用频段均为免执照频段。
ZigBee的缺点如下:
1 传播距离近
若在不适用功率放大器的情况下,一般ZigBee的有效传播距离一般在10m——75m,主要还是适用于一些小型的区域,例如家庭和办公场所。但若在牺牲掉其低掉线率的优点的前提下,以节点模块作为接收端也作为发射端,便可实现较长距离的信息传输。
2 数据信息传输速率低
处于2.4 GHz的频段时,ZigBee也只有250 Kb/s的传播速度,而且这单单是链路上的速率且不包含帧头开销、信道竞争、应答和重传,去除掉这些后实际可应用的速率会低于100 Kb/s,在多个节点运行多个应用时速率还要被他们分享掉。
3 会有延时性
ZigBee在随机接入MAC层的同时不支持时分复用的信道接入方式,因此在支持一些实时的应用时会因为发送多跳和冲突会产生延时。
ZigBee的具体应用
ZigBee的问世已经有很长一段时间,但是由于传输速率且目前电子设备中配置其模块的比例几乎为零,在2010年前几乎没有什么出名的具体应用。在LED火热的这几年,人们发现ZigBee适用于灯光照明系统,智能家居系统这种不需要传输速率很快的系统。最近还有应用在无线定位系统中并在具体的项目上得到了实施。
2 Bluetooth(蓝牙协议)
蓝牙简介
蓝牙协议是由爱立信公司创造并于1999年5月20日与其他业界领先开发商一同制定了蓝牙技术标准,最终将此种无线通信技术命名为蓝牙。蓝牙技术是一种可使电子设备在10~100 m的空间范围内建立网络连接并进行数据传输或者语音通话的无线通信技术。
蓝牙发展趋势
蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,SIG)日前宣布蓝牙40版本正式问世,且制定了技术标准并开始了认证计划。蓝牙40在保持3.0+HS高速传输技术的基础上又加入了某开发商力推的Wibree低功耗传输技术。
蓝牙40是IEEE 802.15.1传统蓝牙,IEEE 802.11物理层和MAC层以及Wibree三者的结合体,已和大家传统认识中只适用于WPAN的蓝牙有着天壤之别,在未来几年蓝牙会持续这几年的发展趋势进入一个应用狂潮。
蓝牙40最大的突破和技术特点便是沿用Wibree的低功耗传输,它采用简单的GFSK调制因而有着极低的运行和待机功耗,即使只是一颗纽扣电池也可支持设备工作几年以上。
蓝牙40的网络拓扑与ZigBee的星形拓扑相比来得简单且传输速率是ZigBee的几倍以上,在传输距离上相对NFC又有较大优势,加之其在手机与音频领域的广泛应用,作为一个问世不久的新技术,它对ZigBee和NFC的威胁力度却不容忽视,未来发展不可限量。
蓝牙的优点如下:
1 功耗低且传输速率快
蓝牙的短数据封包特性是其低功耗技术特点的根本,传输速率可达到1Mb/s,且所有连接均采用先进的嗅探性次额定功能模式以实现超低的负载循环。
2 建立连接的时间短
蓝牙用应用程序打开到建立连接只需要短短的3ms,同时能以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连接。
3 稳定性好
蓝牙低功耗技术使用24位的循环重复检环(CRC),能确保所有封包在受干扰时的最大稳定度。
4 安全度高
CCM的AES-128完全加密技术为数据封包提供高度加密性及认证度。
蓝牙的缺点如下:
1 数据传输的大小受限
高速跳频使得蓝牙传输信息时有极高的安全性但同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大。即使在所谓的高保真蓝牙耳机中高低频部分也是会被严重压缩的。
2 设备连接数量少
相对于Wifi与ZigBee,蓝牙连接设备能力确实较差,理论上可连接8台设备,实际上也就只能做到6——7个设备连接。
3 蓝牙设备的单一连接性
假设我用A手机连接了一个蓝牙设备,那么B手机是连接不上它的,一定要我与此蓝牙设备之间的握手协议断开B手机才能连接上它。
蓝牙应用
从最初的蓝牙传输数据使得蓝牙技术在手机上广泛运用,再到后来蓝牙耳机和蓝牙无线鼠标的风靡,再到时下最流行的蓝牙智能家居系统,蓝牙对人们生活产生的便利不言而喻。凭借着其在电子产品中的高配置比,人们对蓝牙新产品的接受程度会高于ZigBee,NFC等产品。电子窗帘,吸尘器机器人,抽油烟机,智能穿戴产品,低功耗的蓝牙40将有更大的应用市场。
WiFi(无线保真协议)
WiFi技术简介
WiFi(Wireless Fidelity,无线保真技术)是IEEE 802.11的简称,是一种可支持数据,图像,语音和多媒体且输出速率高达54Mb/s的短程无线传输技术,在几百米的范围内可让互联网接入者接收到无线电信号。WiFi的首版于1997年问世,当时其中定义了物理层和介质访问接入控制层(MAC层)并在规定了无线局域网的基本传输介质和网络结构的同时规范了介质访问层(MAC)的特性和物理层(PHY),其中物理层采用的是FSSS(调频扩频)技术、红外技术和DSSS(直接序列扩频)技术。在1999年又新增了IEEE 802.11g和IEEE 802.11a标准进行完善。
WiFi技术特点
1 传输范围广
WiFi的电波覆盖范围半径高达100 m,甚至连整栋大楼都可以覆盖,相对于半径只有15m蓝牙,优势相当明显。
2 传输速度快
高达54Mb/s的传输速率使得WiFi的用户可以随时随地接收网络,并可快速地享受到类似于网络游戏、视频点播(VOD)、远程教育、网上证券、远程医疗、视频会议等一系列宽带信息增值服务。在这飞速发展的信息时代,速度还在不断提升的WiFi必能满足社会与个人信息化发展的需求。
3 健康安全
WiFi设备在IEEE 802.11的规定下发射功率不能超过100 mW,而实际的发射功率可能也就在60~70 mW。与类似的通信设备相比,手机发射功率约在200 mW~1 W,而手持式对讲机更是高达5 W。相对于这两者WiFi产品的辐射更小。
4 普及应用度高
现今配置WiFi的电子设备越来越多,手机、笔记本电脑、平板电脑、MP4几乎都将WiFi列入了他们的主流标准配置。
WiFi发展趋势
前段时间WiFi技术联盟推出了WiFi Direct标准,这也表示着WiFi在上网本、智能手机、电视机、机顶盒和其他设备中的采用率不断上升的同时也开始要涉及蓝牙传统的WPAN领域。据市场调查公司In-Stat的调查数据,预计到2013年全球将新增216亿个配置WiFi模块的电子设备。
传统标配中较热门的蓝牙与红外目前只剩下蓝牙,新增的配置包括重力感应,GPS及WiFi,当中已WiFi配置比例最高。WiFi已经几乎已成为目前手机及其他类似电子设备中的标配。目前市面上的平板,笔记本电脑及智能手机几乎全部配置有WiFi模块。
近日,博通无线连接集团GPS业务组市场总监David Murray表示,与竞争对手相比,博通的解决方案有更多的优势——除了利用卫星信号,还通过WiFi和基站来进行辅助定位。值得一提的是,WiFi的加入让难以接收卫星信号的室内得以实现精确定位。
信号衰减原因很多,自然衰减跟频率是没关系的,但绕射、遮挡、大气吸收等就和频率有关,频率越高越容易被遮挡,也容易被吸收。所以高频信号容易衰减。
电磁波在穿透任何介质的时候都会有损耗。手机、无线遥控器、无线路由器、蓝牙、物联网等采用扩频和其他宽带调制技术的无线设备,会在载波频率之外很宽的频率范围内产生带外发射和杂散发射,这些发射会对其他无线电设备产生干扰。
扩展资料:
手机、无线遥控器、无线路由器、蓝牙、物联网等采用扩频和其他宽带调制技术的无线设备,会在载波频率之外很宽的频率范围内产生带外发射和杂散发射,这些发射会对其他无线电设备产生干扰。为此需要制定相关标准来限制无线通讯产品的工作主频和带外杂散发射量。标准中规定杂散发射需要测量天线端口以及机壳外围两种情况。
机壳外围的辐射功率测量通常采用替代法和直接法测量,直接法测量时,机壳外围的辐射功率可以由测量接收天线输出端的功率值并补偿预校准好的系统的自由空间损耗来直接得到。因此校准的自由空间损耗是否准确直接影响到杂散发射的测量结果。
lora是一种无线调制的方式,如ZLG的ZM470SX系列模块就采用这种技术,对比传统调制技术,在抑制同频干扰方面优势比较明显,解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗扰和功耗的不足;另外lora模块集成了+20dBm的可调功率放大器,并可获得超过-148dBm的接收灵敏度,应用于远距离传输且对可靠性要求高的场合中LoRa网关概述:依据用户反馈,本文意在帮助用户说明LoRa网关的介绍及特点,以及应用,LoRa是一种低功耗的广域网通讯技术, LoRa网关 的出现完成了物联网技术中长距离和低功耗的要求,因而LoRa技术被广泛运用到各种各样行业之中。
LoRa网关应用不一样的扩频因素,不一样的扩频因素两组正交和因此理论上能够 在同一无线信道中对好几条不一样扩频因素的数据信号开展调制解调。网关与云端服务器间根据规范IP开展联接,终端根据单跳与一个或好几个网关开展通信,全部的终端通信全是双重通信,另外也系统升级软件远程控制升级等。
现阶段而言,界定不一样,网关种类也不一样。国际性LoRa同盟根据LoRa协议书发布了无线网络连接的规范技术——LoRaWAN,该规范技术的发布推动了LoRa技术开展规模性的组网方案。现阶段我国也是有好几家公司在促进LoRaWAN技术的发展趋势。
LoRa网关的特点
覆盖面:LoRa单一网关的遮盖间距一般 在3-5km的范畴,宽阔地区乃至达到15km之上。
低功耗:充电电池供电系统能够支撑点多年乃至十余年。
高容:LoRa网关归功于终端无联接情况的特点,可出示超出2万之上的终端联接总数。
低成本:通信网络成本费极低,另外适用窄带传输数据。
安全系数:安全系数高。
LoRa网关的应用
金鸽高新科技LoRa网关S281是一款根据LoRa独享协议书的无线网络数据收集报警设备,关键用以多一点且长距离分布式系统的温度湿度收集及其机器设备到云服务平台的全透明传送。
该系统由S281网关和终端(WT1xx系列)二种机器设备构成。终端联接当场控制器、PLC、智能电表等机器设备,将数据信息发送至S281网关,根据SMS/2G/3G/3G/Ethernet 等方法发送至云服务平台或手机上,完成远程控制检测及其 *** 纵,处理客户当场走线难等难点。用户可根据LoRa网关的介绍及特点中的内容做简单了解,如有疑问的地方,可咨询公司的业务或技术人员,解决相关难题。
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