无线通信技术已在市场上起飞，因为它为电子设备和网络提供了便利和灵活性, 它的安装不需要昂贵的电缆和布线. 军队, 行业, 农业, 家电等诸多行业需要用到无线通信技术. 并且每个行业因其使用和环境的不同，需要不同的技术特性. 短距离无线通信技术和远程无线通信技术都有各自的特点. 开发人员需要为他们的应用程序选择不同的技术. 在这篇文章中, 我们将深入讨论短距离无线通信技术和远程无线通信技术之间的区别. 并帮助您确定适合您的无线技术和解决方案.
短距离无线通信技术
短距离无线通信技术是一种网络协议，其中远程节点在很短的距离内连接. 短程无线电通信可以最大限度地降低功率, 体积, 热, 和成本. 它还具有广泛的场景, 技术, 和要求, 使其成为商业楼宇自动化的理想解决方案, 高密度温室传感, 和住宅能源监测. 大多数都是以小程序的形式实现的, 低成本 IC 或完整的插件模块. 我们将短距离无线通信技术定义为在本地交互范围内提供无线连接的系统，并将其分为几种类型供您理解.
12 短距离无线通信技术的类型
- 蓝牙
- 蜂窝电话
- 无线上网
- Zigbee
- 超宽带
- 和
- 电气工程师学会
- ISM 乐队
- 近场通信
- 射频识别
- 6低PAN
- Z- 海浪
蓝牙
蓝牙 是一种基于IEEE的短距离无线通信技术 802.5.1 标准, 比 WiFi 耗电少. 蓝牙最初被指定用于从个人计算机到鼠标等外围设备的数据传输, 键盘, 打印机, 手机, 耳机, 个人数字助理, 等等. 对于这些类型的应用程序, 蓝牙被称为 WPAN(无线个域网). 蓝牙使用星型网络拓扑，允许多达七个设备的简单网络与单个接入点进行通信.
蓝牙工作在 2.4 Hz ISM 频段，并使用带 GFSK 的跳频扩频调制, 差分DQPSK, 要么 (8DPSK. GFSK 的总基本数据速率为 1mbit /s, 2DQPSK 的 mbits /s, 8DPSK 为 3 mb/s. 还有 3 功率等级 0 分贝 (1 兆瓦), 4 分贝 (2.5 兆瓦) 和 20 分贝 (100 兆瓦), 这基本上确定了距离. 标准距离在十米左右，最大功率超过 100 米并且有清晰的路径.
的 蓝牙模块 MOKOSMART集成BLE协议. BLE 是配置模块和记录来自已建立的定位信标和电池供电无线传感器的数据的简单方法. 通讯范围为 300 英尺或更少, 幸运的是, 它使用很少的功率, 这就是为什么它是物联网解决方案的良好辅助协议.
无线上网
Wi-fi 是一种基于 IEEE 的短距离无线通信技术 802.11 系列标准. 它通常用于 PCS 笔记本电脑和台式机, 智能电视, 智能手机, 无人机, 智能音箱, 打印机和汽车. Wi-Fi 频段具有相当高的吸收率，最适合视距使用. 许多常见的障碍, 比如墙壁, 家用设备, 等等, 可能会大大降低范围. 然而, 它还有助于减少不同网络之间的干扰.
IEEE 802.11a 以 5GHz 运行，最大数据速率为 54Mbps. IEEE 802.11b 和 IEEE 802.11g 以 2.4ghz 运行，最大数据传输速率为 11Mbps 和 54Mbps, 分别. 此外, 有几种不同的无线频率范围可用于 WiFi 通信:900 兆赫, 2.4 GHz的, 5 GHz的, 5.9 GHz 和 60 GHz频段. 每个范围分为多个通道. 每个国家对允许的频道都有自己的规定. ISM频段范围也被广泛使用.
Wi-Fi 嵌入式模块可与附近的任何基站互操作，标准 Wi-Fi 范围可达 300 高吞吐量的英尺. 这部分抵消了 Wi-Fi 的额外配置复杂性和更多耗电协议的额外成本, 使其成为将设备添加到现有网络的理想选择. 只需确保您的准备计划包含大量资源，用于随着时间的推移管理多个身份验证设置.
Zigbee
ZigBee 是一种基于 IEEE 的短距离无线通信协议 802.15.4. 它用于创建具有比其他无线个人区域网络更便宜的低功率和小型数字无线电的 PAN (盘子) 像蓝牙或 Wi-Fi 一样，可用于家庭自动化和医疗设备数据收集. 应用包括交通管理系统, 无线灯开关, 带家庭显示器的电表, 和其他需要短距离的设备, 低速率无线数据传输. 总之, Zigbee 是一种低功耗, 低数据率, 近距离 (那是, 个人专区) 无线网络.
该标准在未经许可的 ISM 频段中运行 2.4 至 2.4835 GHz的(全世界), 902 至 928 兆赫(美国和澳大利亚), 和 868 至 868.6 兆赫(欧洲). 的 16 通道分配在 2.4 GHz频段和 5 MHz 分开, 虽然每个频道只使用 2MHz 的带宽. 无线电使用直接序列扩频编码. 数字流将其管理到调制器中. BPSK 在 868 和 915 MHz频段, 和 OQPSK 在 2.4 GHz频段, 发射 2 每个符号的位数.
的原始无线数据速率 2.4 GHz频段为每通道250kbit / s, 的 915 MHz 频段为每通道 40kbit/s, 和 868 MHz频段为20kbit / s. 用于室内应用, 2.4 GHz传输范围是 10-20 米.
超宽带
超宽带 (超宽带) 是由 WiMedia 联盟定义的短程无线电通信技术标准. 它可以使用超低功耗避免在指定频段的干扰 3.1 〜 10.6 GHZ 用于短距离, 高带宽通信. 最大通讯距离约十米. 在大多数应用中, 范围不到几米. 频段分为多个 528-mhz 宽通道. 数据速率范围从 53 Mbps 到 480 Mbps. Uwb主要为电视提供高速数据连接, 相机, 笔记本电脑,等等. 最近的应用集中在传感器数据收集上, 跟踪应用程序, 和精准定位. 不同于扩频, UWB的传输方式不影响传统窄带和同频段载波传输.
和
红外无线采用低频, 隐形光连接而不是无线电. 主要波长范围为 850 〜 940 微米. 发射器采用红外发光二极管, 接收器使用二极管光电检测器和放大器. 光波通常用高频信号调制, 依次被编码和调制以传输.
IrDA 是传输数据的单独标准. 红外数据协会维护其规范. 增长率范围从 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. 新标准 5 和 10gbit/s 速率正在开发中, 范围小于一米.
IR 有几个关键的好处. 第一, 因为它是光而不是无线电波, 它不易受到任何形式的无线电干扰. 第二, 它的信号很难被拦截或欺骗, 所以它是高度安全的.
红外光谱曾被广泛应用于打印机, 笔记本电脑和相机. 它已在很大程度上被蓝牙取代, Wi-Fi 和其他短距离无线通信技术. 这允许更精确的货物交付时间和运输中的可见性, 射频遥控器仍普遍应用于消费类遥控器.
电气工程师学会 802.15.4
电气工程师学会 802.15.4 旨在支持点对点链路和无线传感器网络. 几种无线标准使用 802.15.4 标准作为 PHY/MAC 基础
该标准定义 3 基频距离. 最常用的波段是全球 2.4 GHz ISM 频段. 基本数据速率为 250kbits /s. 另一个范围是 902-928 MHZ ISM 频段 (10 频道) 在美国. 数据速率为 40kbits /s 或 250kbits /s.
所有 3 使用带 BPSK 或偏移 QPSK 的 DSSS 调制范围. 定义的最小功率电平是 -3 分贝 (0.5 兆瓦). 0 dBm 是广泛使用的功率电平. 一个 20 DBM 级别用于远程应用程序. 它的典型范围不超过十米.
电气工程师学会 802.22
IEEE 802.22 标准, 也称为无线局域网 (乌兰) 标准, 是最新的 IEEE 无线标准之一. 它专为未经许可在未使用的广播电视频道上使用而设计, 称为空白. 的频率范围 6 MHZ 频道来自 470 兆赫到 698 MHZ. 然而, 该标准尚未被普遍采用. 白色空间无线电使用专有协议和无线标准.
802.22 收音机应满足严格的要求，并找到因潜在干扰电视台而未使用的频道. 无线电使用频率灵活的电路来扫描未使用的频道并监听潜在的干扰信号. 一个基站与多个固定位置的用户进行辐射式通信以获得互联网接入或其他服务.
该标准提供了足够的频谱效率来满足多个用户通道，下载速度高达 1.5 Mbit /s和上传速度 384 千位/秒. 每个 6mhz 通道的最大数据速率介于 18 和 22 位/秒. 最大的优势 22 是它同时使用 VHF 和低 UHF 频率，并且可以提供很远的连接. 具有最大允许有效各向同性辐射功率 (EIRP) 的 4 w ^, 一个基站范围 100 公里 (几乎 60 我) 是可能的.
ISM乐队
最常用的 ISM 频段是 2.4- Wi-Fi 至 2.483-ghz, 无绳电话, 蓝牙, 802.15.4 无线电, 等等. 第二受欢迎的频段是 902-928-mhz 频段.
其他广泛使用的 ISM 频率是 315 MHz 用于 RKE 应用和车库门开启和 433 MHz 用于远程温度监测. 其他不太常用的频率是 13.56 兆赫, 27 兆赫, 和 72 兆赫.
近场通信
Near Field Communication是一种超短距离无线通信技术，主要用于类似应用和安全支付交易. 它的最大范围约为 20 厘米和一个典型的连接距离 4 至 5 厘米. 这种短距离增加了连接安全性, 这也是加密的. 许多智能手机都包含 NFC 功能, 目标是实现NFC支付系统，消费者可以用手机轻触和支付.
NFC 使用 ISM 管理频率 13.56 兆赫. 在这个较低的频率, 发射环形天线和接收环形天线. 传输是通过信号的磁场而不是伴随的电场.
NFC也用于读取标签. 未通电的标签将射频信号转换为直流电源，为处理器和内存提供特定于应用的信息. 许多 NFC 收发器芯片可用于实现新应用, 并且存在多个标准.
射频识别
射频识别 (射频识别) 主要用于识别, 定位, 跟踪和管理库存. 附近的阅读器发送高功率射频信号为无源标签供电，然后读取存储在标签内存中的数据.
射频识别标签 是平的, 便宜的, 体积小，可以贴在任何需要识别或监控的东西上. 在某些应用中, 他们已经取代了条形码. RFID采用ISM频率 13.56 兆赫, 但也使用其他频率, 包含 125 千赫, 134.5 千赫, 和 902-928-MHz 范围内的频率. 存在各种 ISO/IEC 标准.
6 低PAN
6低PAN 指低功耗无线 PAN 中的 IPv6 协议. 由ITEF开发, 它提供了一种通过低功耗无线网状网络和对等链路传输 IPv4 和 IPv6 互联网协议的方法. RFC4944 还允许在最小的远程设备上实现物联网. 该协议提供封装和报头压缩例程 802.15.4 无线电.
Z – 海浪
Z-wave 是一种短距离无线网状网络技术，具有高达 232 节点. 无线收发器工作在 ISM 频段 (908.42 兆赫) 在美国和加拿大，但根据国家规定使用其他频率. 调制方式为GFSK. 数据速率包括 9600 位/秒和 40 位/秒. 在自由空间条件下, 距离可达 30 米. 穿透墙壁的范围要短得多. Z-wave 的主要应用是恒温器, 门锁, 家庭自动化, 灯光, 烟雾探测器, 安全和其他家用电器.
UWB之间的比较, 无线的 特征, Zigbee, 和蓝牙
短距离无线通信技术的典型应用
无线是几乎所有新产品的简单且低成本的补充, 也可以提高便利性, 表现, 或营销.
家庭
家用消费电子产品都装有无线. 几乎所有的娱乐产品都有红外遥控器. 电能计量 和配件显示器, 远程温度计, 无线恒温器, 和其他天气监视器, 安全系统, 车库门开启器, 智能停车传感器也连接到无线网络. 几乎每个家庭都有 Wi-Fi 连接.
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无线温湿度监测, 照明控制和无线恒温器通常用于商业应用. 一些视频监控摄像机使用无线而不是同轴电缆. 手机无线支付系统有望彻底改变商业.
行业
有线连接在行业内逐渐被无线取代. 远程监控流量, 湿度, 温度, 和压力是常见的应用. 机器人的无线控制, 工业流程和机床促进便利并促进工业环境中的经济. M2M 技术为汽车定位等许多应用打开了大门 (全球定位系统) 和监控自动售货机. 物联网主要是无线的. 射频识别技术可以更轻松地跟踪和定位几乎任何东西.
长距离无线通信技术
远程物联网无线技术构成 LPWAN 的基础. 低能耗终端设备连接到网关, 将数据传输到其他网络服务器和设备. 网络设备评估接收到的数据并控制终端设备. 因此, 该协议专为低功耗设备设计, 降低运营成本和远程功能. 有许多 LPWAN 技术提供不同的性能, 商业模式, 等等, 满足不同应用的需求. 工业园区监控, 智慧城市项目, 智慧城市项目, 和远程采矿或钻井是常用的应用.
广域网
广域网 是一个CSS (线性调频扩频) 由 SEMTECH 开发的调制标准，适用于 900 兆赫, 868 兆赫和 400 兆赫. LoRaWAN 解决方案为无线通信的网关和传感器提供特定产品. 针对小负载和每个网关数千台设备进行了优化, 可用于低延迟电源操作和低功耗电池操作.
LoRa 通信对检测和干扰有一定的弹性，不受多普勒偏差的影响，可以穿透障碍物.
LoRa 提供了几个可以修改的参数，以调整范围和数据速率之间的权衡 (0.3 KBPS~50 KBPS), 比如传播因子. LoRa 是一种物理层技术, 和 LoRaWAN[20] 是LoRa联盟支持的MAC层和网络层的开放协议. LoRaWAN 描述了三种类型的设备. 大致说来, A 类是高度能量受限的设备, B 类是中等能量受限设备, C 类是永远在线的设备. LoRaWAN 传感器功耗极低，视线可达 100 公里，双向通信. 典型的非视距应用可高达 20 公里. 网关连接多个设备并通过云平台进行管理，以提供大规模的可扩展性.
实用程序, 库存跟踪, 智能计量, 汽车行业, 和自动售货监控常用的远距离无线LoRa技术.
下面是LoRa的各种技术参数:
MOKOSMART 提供 LoRaWAN 模块, 网关, 和终端节点设备。如果您正在考虑部署 Lorawan 技术,那么我们的端到端解决方案可以成为您的选择.
西格福克斯
SigFox 是一种远程无线通信技术，专为远程 (30-50 农村公里, 3-10 市区公里数), 低数据速率 (取决于 12 每条消息的字节数). 140 每天每台终端设备的消息, 并且最好是低功率操作. SigFox使用sub-GHz频段，采用BPSK调制超窄带技术. 使用 SigFox 技术的终端设备将数据传输到 SigFox 基站, 然后将数据转发到 SigFox 云服务器. 数据在这里处理.
SigFox 不需要 SIM 卡. 这些消息的数量和每天发送的消息数量决定了价格. 位置监控, 简单的计量和基本报警系统是单向系统的应用. 信号被多次发送到 “确保” 消息传递存在一些限制, 例如电池供电的应用程序的电池寿命短，以及缺乏确保信息被塔接收的能力.
以下是 SigFox 的各种技术参数:
LTE-M
3GPP 创建了 LTE 机器类型通信 (LTE-M) 标准. Lte-m 在获得许可的 sub-GHz 频段中传输, 频率范围从 700 至 900 兆赫. 上行和下行数据速率约为 1mbps. 这种低功耗方法可以帮助扩展电池供电的终端设备’ 生活由高达 10 至 20 年份. Lte-m 还使用现有的蜂窝无线基础设施，使其对具有高质量要求的服务更加健壮和安全.
然而, LTE-M 的一个缺点是使用许可蜂窝无线网络的成本很高. 每个终端设备都需要自己的 SIM 卡, 这导致维护和安装成本增加, 以及运营费用. 此外, 目前LTE-M SIM卡业务比较复杂.
智能计量, 智慧城市, 智能建筑, 互联健康, 和汽车交通是 LTE-M 的关键应用.
以下是LTE-M的技术参数:
窄带物联网 (NB-IoT)
窄带物联网 (NB-IoT), 也称为 LTE Cat NB1, 是 LTE 标准的另一个衍生产品. 它基于窄带通信，使用的带宽为 180 千赫. 结果是, 数据速率大大降低 (关于 250 KBPS 用于下行链路和 20 KBPS 上行链路), 这使得 FotA 更新难以通过 NB-IoT 实现. NB-IoT可以使用 3 不同的模式: 保护带 LTE, 独立和带内. 带内模式使用LTE频段, 受保护的频段使用 LTE 频段的未使用部分, 独立频段使用专用频段 (例如 GSM 频段). NB-IoT不支持切换，不值得考虑用于移动物联网应用.
5G
5G是目前正在开发的移动网络技术的最新创新. 5G旨在实现超高速通信, 同时使用高频 (例如, 60 GHz的) 和宽带 [16]. 它旨在提供非常高的数据速率 (1-10 Gbps). 当您考虑能源受限的 IoT 对象时，这似乎不是一个可取的解决方案. 此外, 该技术在 LABS 测试之外尚不可用. 目前, 5G的目标是两件事: 利用超可靠和低延迟通信的大规模 mMTC 和 cMTC (URLLC). 除了eMTC和NB-IoT, 5G物联网没有具体的解决方案规划.
组合解决方案: 短距离 + 远距离
远距离或近距离通信各有利弊. 所以, 有时, 最好的解决方案是结合几种不同的连接类型. 例如, 在遥感环境遥感应用中, 最好使用Zigbee近距离无线通信技术，密集覆盖相对较小的区域, 例如石油钻井平台, 然后通过远程无线电将数据传回远程控制中心. 在不太偏远的地方, 如果您有手机，这也可能是一个不错的回程选择. 同一网络还支持非常短距离的 BLE, 允许直接从本地智能手机配置传感器. 结合多种协议创建理想的物联网解决方案.
如下是功耗的概述, 协议, 和数据速率.
无线应用选择列表
我们如何找到最佳解决方案? 第一, 你必须考虑所有的变量, 包含:
- 范围: 发射器到接收器的最大和最小距离是多少? 距离是可变的还是固定的?
- 双工或单工: 应用程序是单向的还是双向的? 只有部分远程控制应用和监控应用需要单向路径.
- 节点数: 需要多少发射器/接收器? 在更简单的系统中只需要两个节点. 如果涉及设备网络, 您需要确定需要部署多少发射器和接收器并定义它们的交互.
- 数据速率: 数据传输的速度是多少? 低速监控或高速视频传输? 最低速度有利于提高链路的抗噪性和可靠性.
- 潜在干扰: 附近是否有其他无线设备和系统? 或来自电源线的噪音, 机械, 和其他干扰源.
- 环境: 应用在室内还是室外? 如果在户外, 建筑物等结构是否有障碍物, 车辆, 树木, 等等? 如果在室内, 是否有物体阻挡信号?
- 电源供应: 是否有交流电源? 如果不, 使用电池. 加入无线是否会显着提升应用的功耗? 能量收集或太阳能是否可能? 电池尺寸, 寿命, 充电要求, 电池更换间隔, 和相关的成本也是重要的考虑因素.
- 监管问题: 某些无线技术需要 FCC 许可. 大多数用于短距离应用的无线技术都是未经许可的.
- 尺寸和空间: 是否有足够的空间放置无线电路? 记得, 所有无线设备都需要天线. 虽然电路可以装入毫米大小的芯片中, 天线可以占用更多空间.
- 牌照费: 某些无线技术可能需要用户加入组织或支付使用费才能使用该技术.
- 安全: 如果防止黑客攻击和其他滥用的安全性是一个问题, 可能需要加密和身份验证.
- 投资回报: 系统成本是多少? 投资回报是否涵盖您的成本?
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