短距離無線通信技術與遠距離無線通信技術

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短距離無線通信技術與遠距離無線通信技術

無線通信技術已在市場上起飛,因為它為電子設備和網絡提供了便利和靈活性, 它的安裝不需要昂貴的電纜和佈線. 軍隊, 行業, 農業, 家電等諸多行業需要用到無線通信技術. 並且每個行業因其使用和環境的不同,需要不同的技術特性. 短距離無線通信技術和遠程無線通信技術都有各自的特點. 開發人員需要為他們的應用程序選擇不同的技術. 在本文中, 我們將深入討論短距離無線通信技術和遠程無線通信技術之間的區別. 並幫助您確定適合您的無線技術和解決方案.

短距離無線通信技術

短距離無線通信技術是一種網絡協議,其中遠程節點在很短的距離內連接. 短程無線電通信可以最大限度地降低功率, 體積, 熱, 和成本. 它還具有廣泛的場景, 技術, 和要求, 使其成為商業樓宇自動化的理想解決方案, 高密度溫室傳感, 和住宅能源監測. 大多數都是以小程序的形式實現的, 低成本 IC 或完整的插件模塊. 我們將短距離無線通信技術定義為在本地交互範圍內提供無線連接的系統,並將其分為幾種類型供您理解.

12 短距離無線通信技術的類型

  • 藍牙
  • 蜂窩
  • 無線上網
  • 紫蜂
  • 超寬帶
  • IEEE
  • ISM 樂隊
  • 近場通信
  • 射頻識別
  • 6低PAN
  • Z- 海浪

12 短距離無線通信技術的類型

藍牙

藍牙 是一種基於IEEE的短距離無線通信技術 802.5.1 標準, 比 WiFi 耗電少. 藍牙最初被指定用於從個人計算機到鼠標等外圍設備的數據傳輸, 鍵盤, 打印機, 手機, 耳機, 個人數字助理, 等等. 對於這些類型的應用程序, 藍牙被稱為 WPAN(無線個域網). 藍牙使用星型網絡拓撲,允許多達七個設備的簡單網絡與單個接入點進行通信.

藍牙工作在 2.4 Hz ISM 頻段,並使用帶 GFSK 的跳頻擴頻調製, 差分DQPSK, 或者 (8DPSK. GFSK 的總基本數據速率為 1mbit /s, 2DQPSK 的 mbits /s, 8DPSK 為 3 mb/s. 還有 3 功率等級 0 分貝 (1 兆瓦), 4 分貝 (2.5 兆瓦) 和 20 分貝 (100 兆瓦), 這基本上確定了距離. 標準距離在十米左右,最大功率超過 100 米並且有清晰的路徑.

藍牙模塊 MOKOSMART集成BLE協議. BLE 是配置模塊和記錄來自已建立的定位信標和電池供電無線傳感器的數據的簡單方法. 通訊範圍為 300 英尺或更少, 幸運的是, 它使用很少的功率, 這就是為什麼它是物聯網解決方案的良好輔助協議.

無線上網

Wi-fi 是一種基於 IEEE 的短距離無線通信技術 802.11 系列標準. 它通常用於 PCS 筆記本電腦和台式機, 智能電視, 智能手機, 無人機, 智能音箱, 打印機和汽車. Wi-Fi 頻段具有相當高的吸收率,最適合視距使用. 許多常見的障礙, 比如牆壁, 家用設備, 等等。, 可能會大大降低範圍. 然而, 它還有助於減少不同網絡之間的干擾.

IEEE 802.11a 以 5GHz 運行,最大數據速率為 54Mbps. IEEE 802.11b 和 IEEE 802.11g 以 2.4ghz 運行,最大數據傳輸速率為 11Mbps 和 54Mbps, 分別. 此外, 有幾種不同的無線頻率範圍可用於 WiFi 通信:900 兆赫, 2.4 吉赫茲, 5 吉赫茲, 5.9 GHz 和 60 GHz頻段. 每個範圍分為多個通道. 每個國家對允許的頻道都有自己的規定. ISM頻段範圍也被廣泛使用.

Wi-Fi 嵌入式模塊可與附近的任何基站互操作,標準 Wi-Fi 範圍可達 300 高吞吐量的英尺. 這部分抵消了 Wi-Fi 的額外配置複雜性和更多耗電協議的額外成本, 使其成為將設備添加到現有網絡的理想選擇. 只需確保您的準備計劃包含大量資源,用於隨著時間的推移管理多個身份驗證設置.

紫蜂

ZigBee 是一種基於 IEEE 的短距離無線通信協議 802.15.4. 它用於創建具有比其他無線個人區域網絡更便宜的低功率和小型數字無線電的 PAN (盤子) 像藍牙或 Wi-Fi 一樣,可用於家庭自動化和醫療設備數據收集. 應用包括交通管理系統, 無線燈開關, 帶家庭顯示器的電錶, 和其他需要短距離的設備, 低速率無線數據傳輸. 總之, Zigbee 是一種低功耗, 低數據率, 近距離 (那是, 個人專區) 無線網絡.

該標准在未經許可的 ISM 頻段中運行 2.4 至 2.4835 吉赫茲(全世界), 902 至 928 兆赫(美國和澳大利亞), 和 868 至 868.6 兆赫(歐洲). 這 16 通道分配在 2.4 GHz頻段和 5 MHz 分開, 雖然每個頻道只使用 2MHz 的帶寬. 無線電使用直接序列擴頻編碼. 數字流將其管理到調製器中. BPSK 在 868 和 915 MHz頻段, 和 OQPSK 在 2.4 GHz頻段, 發射 2 每個符號的位數.

的原始無線數據速率 2.4 GHz頻段為每通道250kbit / s, 這 915 MHz 頻段為每通道 40kbit/s, 和 868 MHz頻段為20kbit / s. 用於室內應用, 2.4 GHz傳輸範圍是 10-20 米.

超寬帶

超寬帶 (超寬帶) 是由 WiMedia 聯盟定義的短程無線電通信技術標準. 它可以使用超低功耗避免在指定頻段的干擾 3.1 ~ 10.6 GHZ 用於短距離, 高帶寬通信. 最大通訊距離約十米. 在大多數應用中, 範圍不到幾米. 頻段分為多個 528-mhz 寬通道. 數據速率範圍從 53 Mbps 到 480 Mbps. Uwb主要為電視提供高速數據連接, 相機, 筆記本電腦,等等. 最近的應用集中在傳感器數據收集上, 跟踪應用程序, 和精准定位. 不同於擴頻, UWB的傳輸方式不影響傳統窄帶和同頻段載波傳輸.

紅外無線採用低頻, 隱形光連接而不是無線電. 主要波長范圍為 850 ~ 940 微米. 發射器採用紅外發光二極管, 接收器使用二極管光電檢測器和放大器. 光波通常用高頻信號調製, 依次被編碼和調製以傳輸.

IrDA 是傳輸數據的單獨標準. 紅外數據協會保持其規範. 增長率範圍從 9.6 至 115.2 千比特/秒, 包括4mb/s, 16兆比特/秒, 96兆比特/秒, 和 512mbits /s 至 1gbit /s. 新標準 5 和 10gbit/s 速率正在開發中, 範圍小於一米.

IR 有幾個關鍵的好處. 第一的, 因為它是光而不是無線電波, 它不易受到任何形式的無線電干擾. 第二, 它的信號很難被攔截或欺騙, 所以它是高度安全的.

紅外光譜曾被廣泛應用於打印機, 筆記本電腦和相機. 它已在很大程度上被藍牙取代, Wi-Fi 和其他短距離無線通信技術. 目前, 射頻遙控器仍普遍應用於消費類遙控器.

IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 旨在支持點對點鏈路和無線傳感器網絡. 幾種無線標準使用 802.15.4 標準作為 PHY/MAC 基礎

該標准定義 3 基頻距離. 最常用的波段是全球 2.4 GHz ISM 頻段. 基本數據速率為 250kbits /s. 另一個範圍是 902-928 MHZ ISM 頻段 (10 渠道) 在美國. 數據速率為 40kbits /s 或 250kbits /s.

金手指鍍鎳厚度 3 使用帶 BPSK 或偏移 QPSK 的 DSSS 調製範圍. 定義的最小功率電平是 -3 分貝 (0.5 兆瓦). 0 dBm 是廣泛使用的功率電平. 一種 20 DBM 級別用於遠程應用程序. 它的典型範圍不超過十米.

IEEE 802.22

IEEE 802.22 標準, 也稱為無線局域網 (烏蘭) 標準, 是最新的 IEEE 無線標準之一. 它專為未經許可在未使用的廣播電視頻道上使用而設計, 稱為空白. 的頻率範圍 6 MHZ 頻道來自 470 兆赫到 698 MHZ. 然而, 該標準尚未被普遍採用. 白色空間無線電使用專有協議和無線標準.

802.22 收音機應滿足嚴格的要求,並找到因潛在干擾電視台而未使用的頻道. 無線電使用頻率靈活的電路來掃描未使用的頻道並監聽潛在的干擾信號. 一個基站與多個固定位置的用戶進行輻射式通信以獲得互聯網接入或其他服務.

該標準提供了足夠的頻譜效率來滿足多個用戶通道,下載速度高達 1.5 Mbit /s和上傳速度 384 千比特/秒. 每個 6mhz 通道的最大數據速率介於 18 和 22 位/秒. 最大的優勢 22 是它同時使用 VHF 和低 UHF 頻率,並且可以提供很遠的連接. 具有最大允許有效各向同性輻射功率 (EIRP) 的 4 寬, 一個基站範圍 100 公里 (幾乎 60 米) 是可能的.

ISM 頻段

最常用的 ISM 頻段是 2.4- Wi-Fi 至 2.483-ghz, 無繩電話, 藍牙, 802.15.4 收音機, 等等. 第二受歡迎的頻段是 902-928-mhz 頻段.

其他廣泛使用的 ISM 頻率是 315 MHz 用於 RKE 應用和車庫門開啟和 433 MHz 用於遠程溫度監測. 其他不太常用的頻率是 13.56 兆赫, 27 兆赫, 和 72 兆赫.

近場通信

Near Field Communication是一種超短距離無線通信技術,主要用於類似應用和安全支付交易. 它的最大範圍約為 20 厘米和一個典型的連接距離 4 至 5 厘米. 這種短距離增加了連接安全性, 這也是加密的. 許多智能手機都包含 NFC 功能, 目標是實現NFC支付系統,消費者可以用手機輕觸和支付.

NFC 使用 ISM 管理頻率 13.56 兆赫. 在這個較低的頻率, 發射環形天線和接收環形天線. 傳輸是通過信號的磁場而不是伴隨的電場.

NFC也用於讀取標籤. 未通電的標籤將射頻信號轉換為直流電源,為處理器和內存提供特定於應用的信息. 許多 NFC 收發器芯片可用於實現新應用, 並且存在多個標準.

射頻識別

射頻識別 (射頻識別) 主要用於識別, 定位, 跟踪和管理庫存. 附近的閱讀器發送高功率射頻信號為無源標籤供電,然後讀取存儲在標籤內存中的數據.

射頻識別標籤 是平的, 便宜的, 體積小,可以貼在任何需要識別或監控的東西上. 在某些應用中, 他們已經取代了條形碼. RFID採用ISM頻率 13.56 兆赫, 但也使用其他頻率, 包括 125 千赫, 134.5 千赫, 和 902-928-MHz 範圍內的頻率. 存在各種 ISO/IEC 標準.

6 低PAN

6低PAN 指低功耗無線 PAN 中的 IPv6 協議. 由ITEF開發, 它提供了一種通過低功耗無線網狀網絡和對等鏈路傳輸 IPv4 和 IPv6 互聯網協議的方法. RFC4944 還允許在最小的遠程設備上實現物聯網. 該協議提供封裝和報頭壓縮例程 802.15.4 收音機.

Z – 海浪

Z-wave 是一種短距離無線網狀網絡技術,具有高達 232 節點. 無線收發器工作在 ISM 頻段 (908.42 兆赫) 在美國和加拿大,但根據國家規定使用其他頻率. 調製方式為GFSK. 數據速率包括 9600 位/秒和 40 位/秒. 在自由空間條件下, 距離可達 30 米. 穿透牆壁的範圍要短得多. Z-wave 的主要應用是恆溫器, 門鎖, 家庭自動化, 燈光, 煙霧探測器, 安全和其他家用電器.

UWB之間的比較, 無線的 特徵, 紫蜂, 和藍牙

UWB之間的比較, 無線的
特徵, 紫蜂, 和藍牙

短距離無線通信技術的典型應用

無線是幾乎所有新產品的簡單且低成本的補充, 也可以提高便利性, 表現, 或營銷.

家庭

家用消費電子產品都裝有無線. 幾乎所有的娛樂產品都有紅外遙控器. 電能計量 和配件顯示器, 遠程溫度計, 無線恆溫器, 和其他天氣監視器, 安全系統, 車庫門開啟器, 智能停車傳感器也連接到無線網絡. 幾乎每個家庭都有 Wi-Fi 連接.

短距離無線通信技術的家庭應用

商業的

無線溫濕度監測, 照明控制和無線恆溫器通常用於商業應用. 一些視頻監控攝像機使用無線而不是同軸電纜. 手機無線支付系統有望徹底改變商業.

短距離無線通信技術的商業應用

行業

有線連接在行業內逐漸被無線取代. 遠程監控流量, 濕度, 溫度, 和壓力是常見的應用. 機器人的無線控制, 工業流程和機床促進便利並促進工業環境中的經濟. M2M 技術為汽車定位等許多應用打開了大門 (全球定位系統) 和監控自動售貨機. 物聯網主要是無線的. 射頻識別技術可以更輕鬆地跟踪和定位幾乎任何東西.

工業製造中的短距離無線通信技術

長距離無線通信技術

遠程物聯網無線技術構成 LPWAN 的基礎. 低能耗終端設備連接到網關, 將數據傳輸到其他網絡服務器和設備. 網絡設備評估接收到的數據並控制終端設備. 所以, 該協議專為低功耗設備設計, 降低運營成本和遠程功能. 有許多 LPWAN 技術提供不同的性能, 商業模式, 等等, 滿足不同應用的需求. 工業園區監控, 智慧城市項目, 智慧城市項目, 和遠程採礦或鑽井是常用的應用.

5 遠程無線通信技術的類型

羅拉萬

羅拉萬 是一個CSS (啁啾擴頻) 由 SEMTECH 開發的調製標準,適用於 900 兆赫, 868 兆赫和 400 兆赫. LoRaWAN 解決方案為無線通信的網關和傳感器提供特定產品. 針對小負載和每個網關數千台設備進行了優化, 可用於低延遲電源操作和低功耗電池操作.

LoRa 通信對檢測和乾擾有一定的彈性,不受多普勒偏差的影響,可以穿透障礙物.

LoRa 提供了幾個可以修改的參數,以調整範圍和數據速率之間的權衡 (0.3 KBPS~50 KBPS), 比如傳播因子. LoRa 是一種物理層技術, 和 LoRaWAN[20] 是LoRa聯盟支持的MAC層和網絡層的開放協議. LoRaWAN 描述了三種類型的設備. 大致說來, A 類是高度能量受限的設備, B 類是中等能量受限設備, C 類是永遠在線的設備. LoRaWAN 傳感器功耗極低,視線可達 100 公里,雙向通信. 典型的非視距應用可高達 20 公里. 網關連接多個設備並通過雲平台進行管理,以提供大規模的可擴展性.

實用程序, 庫存跟踪, 智能計量, 汽車行業, 和自動售貨監控常用的遠距離無線LoRa技術.

下面是LoRa的各種技術參數:

LoRa技術參數

MOKOSMART 提供 LoRaWAN 模塊, 網關, 和終端節點設備。如果您正在考慮部署 Lorawan 技術,那麼我們的端到端解決方案可以成為您的選擇.

西格福克斯

SigFox 是一種遠程無線通信技術,專為遠程 (30-50 農村公里數, 3-10 市區公里數), 低數據速率 (取決於 12 每條消息的字節數). 140 每天每台終端設備的消息, 並且最好是低功率操作. SigFox使用sub-GHz頻段,採用BPSK調製超窄帶技術. 使用 SigFox 技術的終端設備將數據傳輸到 SigFox 基站, 然後將數據轉發到 SigFox 雲服務器. 數據在這里處理.

SigFox 不需要 SIM 卡. 這些消息的數量和每天發送的消息數量決定了價格. 位置監控, 簡單的計量和基本報警系統是單向系統的應用. 信號被多次發送到 “確保” 消息傳遞存在一些限制, 例如電池供電的應用程序的電池壽命短,以及缺乏確保信息被塔接收的能力.

以下是 SigFox 的各種技術參數:

SigFox技術參數

LTE-M

3GPP 創建了 LTE 機器類型通信 (LTE-M) 標準. Lte-m 在獲得許可的 sub-GHz 頻段中傳輸, 頻率範圍從 700 至 900 兆赫. 上行和下行數據速率約為 1mbps. 這種低功耗方法可以幫助擴展電池供電的終端設備’ 生活由高達 10 至 20 年. Lte-m 還使用現有的蜂窩無線基礎設施,使其對具有高質量要求的服務更加健壯和安全.

然而, LTE-M 的一個缺點是使用許可蜂窩無線網絡的成本很高. 每個終端設備都需要自己的 SIM 卡, 這導致維護和安裝成本增加, 以及運營費用. 而且, 目前LTE-M SIM卡業務比較複雜.

智能計量, 智慧城市, 智能建築, 互聯健康, 和汽車交通是 LTE-M 的關鍵應用.

以下是LTE-M的技術參數:

LTE-M技術參數

窄帶物聯網 (窄帶物聯網)

窄帶物聯網 (窄帶物聯網), 也稱為 LTE Cat NB1, 是 LTE 標準的另一個衍生產品. 它基於窄帶通信,使用的帶寬為 180 千赫. 因此, 數據速率大大降低 (關於 250 KBPS 用於下行鏈路和 20 KBPS 上行鏈路), 這使得 FotA 更新難以通過 NB-IoT 實現. NB-IoT可以使用 3 不同的模式: 保護帶 LTE, 獨立和帶內. 帶內模式使用LTE頻段, 受保護的頻段使用 LTE 頻段的未使用部分, 獨立頻段使用專用頻段 (例如 GSM 頻段). NB-IoT不支持切換,不值得考慮用於移動物聯網應用.

5G

5G是目前正在開發的移動網絡技術的最新創新. 5G旨在實現超高速通信, 同時使用高頻 (例如, 60 吉赫茲) 和寬帶 [16]. 它旨在提供非常高的數據速率 (1-10 Gbps). 當您考慮能源受限的 IoT 對象時,這似乎不是一個可取的解決方案. 而且, 該技術在 LABS 測試之外尚不可用. 現在, 5G的目標是兩件事: 利用超可靠和低延遲通信的大規模 mMTC 和 cMTC (URLLC). 除了eMTC和NB-IoT, 5G物聯網沒有具體的解決方案規劃.

組合解決方案: 短距離 + 遠距離

遠距離或近距離通信各有利弊. 所以, 有時, 最好的解決方案是結合幾種不同的連接類型. 例如, 在遙感環境遙感應用中, 最好使用Zigbee近距離無線通信技術,密集覆蓋相對較小的區域, 例如石油鑽井平台, 然後通過遠程無線電將數據傳回遠程控制中心. 在不太偏遠的地方, 如果您有手機,這也可能是一個不錯的回程選擇. 同一網絡還支持非常短距離的 BLE, 允許直接從本地智能手機配置傳感器. 結合多種協議創建理想的物聯網解決方案.

如下是功耗的概述, 協議, 和數據速率.

短距離無線通信技術和遠距離無線通信技術

無線應用選擇列表

我們如何找到最佳解決方案? 第一的, 你必須考慮所有的變量, 包括:

  • 範圍: 發射器到接收器的最大和最小距離是多少? 距離是可變的還是固定的?
  • 雙工或單工: 應用程序是單向的還是雙向的? 只有部分遠程控制應用和監控應用需要單向路徑.
  • 節點數: 需要多少發射器/接收器? 在更簡單的系統中只需要兩個節點. 如果涉及設備網絡, 您需要確定需要部署多少發射器和接收器並定義它們的交互.
  • 數據速率: 數據傳輸的速度是多少? 低速監控或高速視頻傳輸? 最低速度有利於提高鏈路的抗噪性和可靠性.
  • 潛在干擾: 附近是否有其他無線設備和系統? 或來自電源線的噪音, 機械, 和其他干擾源.
  • 環境: 應用在室內還是室外? 如果在戶外, 建築物等結構是否有障礙物, 車輛, 樹木, 等等? 如果在室內, 是否有物體阻擋信號?
  • 電源供應: 是否有交流電源? 如果不, 使用電池. 加入無線是否會顯著提升應用的功耗? 能量收集或太陽能是否可能? 電池尺寸, 壽命, 充電要求, 電池更換間隔, 和相關的成本也是重要的考慮因素.
  • 監管問題: 某些無線技術需要 FCC 許可. 大多數用於短距離應用的無線技術都是未經許可的.
  • 尺寸和空間: 是否有足夠的空間放置無線電路? 記住, 所有無線設備都需要天線. 雖然電路可以裝入毫米大小的芯片中, 天線可以佔用更多空間.
  • 牌照費: 某些無線技術可能需要用戶加入組織或支付使用費才能使用該技術.
  • 安全: 如果防止黑客攻擊和其他濫用的安全性是一個問題, 可能需要加密和身份驗證.
  • 投資回報: 系統成本是多少? 投資回報是否涵蓋您的成本?

無論您需要什麼範圍的收音機, MOKOSMART可以幫助您走得更遠. 了解更多信息, 我們建議查看物聯網設備的作用概述和我們的架構選擇指南.

需要實用的設計支持? MOKOSMART 的無線設計專家可以定制設計以解決最棘手的通信問題. 我們在這裡幫助您評估這些因素並為您的項目需求選擇理想的解決方案.

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作者——
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
Fiona Kuan
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菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
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