无线技术分析:不同应用场景如何选择无线通信技术?

随着无线通信技术的类型越来越多,客户的选择也越来越多,但是不同的通信技术具有不同的特性,我们将根据特性选择合适的解决方案。


比较以下无线通信技术:

1.蓝牙

2.Wi-Fi

3.基于IEEE 802.15.4(Thread、Zigbee)技术

4.Z-Wave

5.蜂窝低功耗广域网技术(NB-IoT,LTE-M)

6.非蜂窝低功耗广域网技术(LoRaWAN,Sigfox)


1.蓝牙:

蓝牙技术是在2.4 GHz ISM频带上运行的低功耗无线解决方案。多年来,蓝牙技术不断发展,现在在距离,带宽和通信拓扑方面具有极大的灵活性,可以满足不同物联网应用程序的需求。


技术细节:

当前有两种不同的蓝牙无线电选项:经典蓝牙和低功耗蓝牙,经典蓝牙无线电(即BR / EDR)仍广泛用于串流应用程序,尤其是音频串流。低功耗蓝牙主要用于在设备之间频繁传输数据的低带宽应用。低功耗蓝牙以其极低的功耗以及在智能手机,平板电脑和个人计算机中的普及而闻名。


低功耗蓝牙分为点对点,星形拓扑,mesh拓扑和广播拓扑。在mesh拓扑中,节点直接连接,而无需通过集线器与其他节点通信。节点可以将数据和信息发送到原始源节点通信范围之外的其他节点,从而扩大了网络覆盖范围。


2. Wi-Fi:

Wi-Fi是所有IEEE 802.11标准无线局域网(WLAN)的商标名称。 Wi-Fi的工作频段通常为2.4 GHz和5 GHz ISM,但是较新版本的Wi-Fi也使用其他频段。


技术细节:

Wi-Fi有许多版本。 Wi-Fi联盟最近采用了新版本的编号系统:Wi-Fi 1(802.11b),Wi-Fi 2(802.11a),Wi-Fi 3(802.11g),Wi-Fi 4(802.11n),Wi -Fi 5(802.11ac)和Wi-Fi 6(802.11ax)。最新版本可以满足各种应用需求,包括更长的距离,更高的吞吐量和更大的覆盖范围。最受欢迎的Wi-Fi拓扑是星形拓扑。但是在星型拓扑中,节点只能通过中枢相互通信。


3.基于IEEE 802.15.4的技术 (Thread、Zigbee)

IEEE 802.15.4技术指的是低速无线个人局域网(LR-WPAN)接入层。


技术细节:

Thread和Zigbee是基于此规范的两种技术。它们的特点是低功耗和低数据速率。 IEEE 802.15.4主要用于数据量小,距离短且同时要求低功耗的应用场景。尽管此技术还支持星形拓扑,但最常用的是网格拓扑。


4. Z-Wave

Z-Wave最初是照明系统控制协议,后来演变为由Z-Wave Alliance管理的家庭自动化协议。


技术细节:

这项专有技术在美国使用908/915 MHz,在欧洲使用868 MHz。不同的频带是为了避免与2.4 GHz ISM频带发生干扰并扩大覆盖范围。该技术主要使用网状拓扑。


主要用例:

该技术主要用于智能家居场景。


5.蜂窝低功耗广域网技术(NB-IoT,LTE-M)

LTE-M(LTE Cat-M1或机器的长期演进)和NB-IoT(窄带物联网)都是3GPP(第三代合作伙伴计划)制定的技术标准,并用于蜂窝设备。


这两种技术将与其他5G技术共存,并有望成为长期5G IoT战略的一部分。 5G是第五代蜂窝移动通信技术的总称,代表2 Gbps的高速网络(将来甚至可以达到100 Gbps)。5G技术将减少网络延迟并扩大覆盖范围(就同时连接到网络的设备数量而言)。


技术细节:

LTE-M和NB-IoT的特性不同,因此适合的应用场景也不同。 NB-IoT最适合需要低功耗和低带宽的简单应用,而LTE-M因具有更高的数据速率而最适合实时和关键任务应用。两者之间的主要区别在于速度和延迟(LTE-M具有较高的速度和较低的延迟)。


NB-IoT和LTE-M主要采用星形拓扑结构。


6.非蜂窝低功耗广域网技术(LoRaWAN,Sigfox)

LoRaWAN是LoRa联盟维护的开源无线网络协议。 LoRaWAN是基于LoRa构建的,LoRa是Semtech开发的专有调制格式。


技术细节:

LoRa仅定义网络堆栈的较低层,而LoRaWAN定义网络堆栈的较高层。 LoRaWAN只是建立在LoRa上的众多协议之一。 LoRaWAN被归类为低功耗广域网(LPWAN)技术,该技术可在低功耗的设备之间实现远程通信。


Sigfox也是LPWAN技术,但它是法国Sigfox公司提供的专有技术。该公司是该技术的唯一网络运营商。


这些技术的多参数比较:

特性

蓝牙技术

Wi-Fi

Z-Wave

IEEE 802.15.4

(Zigbee, Thread)

LTE-M

NB-IoT

Sigfox

LoRaWAN

    距离     

10m~1.5km

15m~200m

30~50m

30~100m

1km~10km

1km~10km

3km~50km

2km~20km

吞吐量 

125kbps~3Mbps

54Mbps~1.3Gbps

10kbps~100kbps

20bps~

250kbps

最高1Mbps

最高200kbps

最高100bps

10kbps~

50kbps

功耗



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