無線通信協議的6個標準

無線通信協議的6個標準

IOT技術 發表於 2020-03-29 17:01:00

物聯網（IOT）的網絡，基於物聯網的聯網。簡而言之，物聯網被定義為 「 Internet的擬議開發，其中日常對象具有網絡連接性，允許它們發送和接收數據。」

預測， 物聯網將在2020年增長到260億個設備。設備將如何連接？通信方式如何？無線通信協議將如何發展？

我們可以將無線通信協議分解為以下6個標準：

蜂窩網絡

無線上網

射頻（RF）

射頻識別

藍牙

NFC

在以下各段中，我們將簡要概述和說明每種物聯網通信技術，其優缺點以及它們的智慧型手機兼容性。

1.蜂窩網絡

蜂窩網絡通過基站進行通信。根據連接速度，它們被稱為GSM，GPRS，CDMA，GPRS，2G / GSM，3G，4G / LTE，EDGE等。

在物聯網語言中，這種通信形式通常被稱為「 M2M」（機器到機器），因為它允許諸如電話之類的設備通過蜂窩網絡發送和接收數據。

蜂窩網絡的利與弊

優點：

連接穩定

通用兼容性

缺點：

智慧型手機與設備之間無直接通信（必須通過基站）

每月費用高

功耗高

蜂窩網絡的示例包括將數據發送到遠程伺服器的公用事業儀表，在數字廣告牌上更新的商業廣告或通過Internet連接的汽車。

衛星對於使用低數據量（主要是工業用途）的通信很有用， 但是在不斷變化的不久的將來，隨著衛星通信的成本逐漸下降， 衛星技術的使用可能會變得對消費者更加可行和有趣。

2. WiFi

WiFi是一種無線區域網（WLAN），它通過2.4GhZ UHF和5GhZ ISM頻率利用IEEE 802.11標準。WiFi提供對小範圍內的設備的Internet訪問。

WiFi的優缺點

優點：

通用智慧型手機兼容性

受到良好保護和控制

缺點：

相對較高的功耗

WiFi的不穩定和不一致

需要配置wifi密碼帳號

WiFi連接的示例是Dropcam通過本地WiFi流式傳輸實時視頻，而不是通過連接的乙太網LAN電纜流式傳輸。WiFi對於許多物聯網連接很有用，但 此類連接通常連接到外部雲伺服器 ， 而不是直接連接到智慧型手機。由於電池功耗較高，因此也不建議用於電池供電的設備。

3.射頻（RF）

射頻通信可能是設備之間最簡單的通信形式。ZigBee 或 ZWave 等協議 使用嵌入或改裝到電子設備和系統中的低功率RF無線電。

Z-Wave的範圍約為30米。所使用的無線電頻段特定於其國家/地區。例如，歐洲擁有868.42 MHz SRD頻段，900 MHz ISM或908.42 MHz頻段（美國），以色列916 MHz，香港919.82 MHz，澳大利亞/紐西蘭地區921.42 MHz）和865.2 Mhz在印度。

ZigBee基於 IEEE 802.15.4標準。但是，其低功耗將傳輸距離限制在10至100米的範圍內。

射頻的優缺點

優點：

其技術的低能耗和簡單性不依賴於手機的新功能

缺點：

智慧型手機未使用射頻技術，並且沒有中央集線器將RF設備連接到網際網路，因此無法連接設備

射頻連接的示例是典型的電視遙控器，因為它使用射頻，使您可以遠程切換頻道。其他示例包括無線燈開關，帶有室內顯示器的電錶，交通管理系統以及其他需要短距離低速率無線數據傳輸的消費和工業設備。

射頻通信協議 對於大型部署很有用， 例如旅館，需要對大量設備進行集中和本地管理。然而，在不久的將來， 該技術可能會變得越來越過時，並被藍牙網狀網絡所取代。

4. RFID

射頻識別（RFID）是無線使用電磁場識別物體。通常，您將安裝活動的閱讀器，或閱讀包含已存儲信息（主要是身份驗證回復）的標籤。專家稱此為主動閱讀器被動標籤（ARPT）系統。短距離RFID約為10釐米，但遠距離可達200m。許多人不知道的是LéonTheremin於1945年發明了RFID作為蘇聯的間諜工具。

主動閱讀器主動標籤（ARAT）系統使用被來自主動閱讀器的詢問器信號喚醒的主動標籤。RFID頻段運行於：120–150 kHz（10cm），3.56 MHz（10cm-1m），433 MHz（1-100m），865-868 MHz（歐洲），902-928 MHz（北美）（1-12m） 。

RFID的優缺點

優點：

不需要電源

業已建立並廣泛使用的技術

缺點：

高度不安全

標籤需要作為標識符出現並在移交之前

與智慧型手機不兼容

示例包括動物識別，工廠數據收集，道路通行費和建築物通道。RFID標籤還附在庫存上，以便可以通過裝配線跟蹤其生產和製造進度。作為說明，可以通過倉庫跟蹤藥品。我們認為，RFID技術很快將被智慧型手機中的近場通信（NFC）技術取代。

5.藍牙

藍牙是用於短距離交換數據的無線技術標準（使用ISM頻段中從2.4到2.485 GHz的短波UHF無線電波）。如果您查看頻率，它實際上與WiFi相同，因此這兩種技術看起來非常相似。但是它們有不同的用途。通常談論的3種不同風格的藍牙技術是：

藍牙： 還記得將藍牙關聯為電池消耗器和黑洞的日子嗎？這樣的藍牙是手機歷史的全盛時期，以手機體積大為特徵。此類藍牙技術耗電，不安全，並且配對通常很複雜。

BLE（藍牙4.0/5.0，低功耗藍牙）： 最初由諾基亞推出，目前被所有主要作業系統使用，例如iOS，Android，Windows Phone，Blackberry，OS X，Linux和Windows 8，BLE在保持維護的同時使用快速，低能耗通訊範圍。

iBeacon： 它是Apple使用的基於藍牙技術的簡化通信技術的商標。實際上是什麼：藍牙4.0發送器，它發送一個稱為UUID的ID，您的iPhone可以識別該ID。這簡化了許多供應商以前面臨的實施工作。而且，即使沒有經過技術培訓的消費者也可以輕鬆使用Estimote.com之類的iBeacon或其他替代產品。儘管在技術層面上可以將iBeacon技術與抽象級別的NFC進行比較。

藍牙存在於許多產品中，例如電話，平板電腦，媒體播放器，機器人系統。在低帶寬情況下，在彼此靠近的兩個或多個設備之間傳輸信息時，該技術非常有用。藍牙通常用於通過電話（即，使用藍牙耳機）傳輸聲音數據或通過手持計算機（傳輸文件）傳輸字節數據。藍牙協議簡化了設備之間服務的發現和設置。藍牙設備可以宣傳其提供的所有服務。這使得使用服務更加容易，因為相對於其他通信協議，它可以實現更高的自動化程度，例如安全性，網絡地址和權限配置。

Wifi和藍牙的比較

Wi-Fi和藍牙在其應用和使用方面在某種程度上是互補的。

無線上網

接入點居中，具有不對稱的客戶端-伺服器連接，其中提供了通過該接入點路由的所有流量。

‍在可以進行某種程度的客戶端配置並且需要高速運行的應用中很好地服務，例如通過訪問節點進行網絡訪問

WLAN可以使用臨時連接，但使用Wi-Fi Direct的藍牙則不那麼容易，最近開發的Wi-Fi Direct可以添加更多類似藍牙的臨時功能

藍牙

兩個藍牙設備之間的對稱

在需要兩個設備以最小配置連接的簡單應用中很好地工作，例如 耳機和遙控器

藍牙接入點確實存在，儘管它們並不常見

任何處於可發現模式的藍牙設備均 按需傳輸以下信息：

設備名稱

設備類別

服務清單

技術信息（例如：設備功能，製造商，使用的藍牙規範，時鐘偏移）

藍牙的優點和缺點

優點：

每部智慧型手機都具有藍牙，可以通過新硬體不斷升級和改進技術

業已建立並廣泛使用的技術

低功耗、方便手機連接、沒網絡也能上網

缺點：

硬體功能變化非常快，需要更換

使用電池供電，iBeacon的使用壽命為1個月至2年

如果人們關閉了藍牙，則說明使用中存在問題。

藍牙技術主要用於醫療保健，健身，信標，安全和家庭娛樂行業。

藍牙技術無疑是目前最熱門的技術，但其功能卻多次被高估或被誤解了。如果應用程式變得有趣，您將不得不深入研究配置和不同的設置，因為不同的手機對藍牙的反應也不同。

6.近場通信（NFC）

近場通信使用位於彼此近場內的兩個環形天線之間的電磁感應，有效地形成了空心變壓器。它在ISO / IEC 18000-3空中接口的13.56 MHz的全球可用且未經許可的ISM射頻頻段內運行，速率範圍為106 kbit / s至424 kbit / s。NFC涉及發起者和目標；發起方主動生成可以為無源目標（稱為「標籤」的未供電晶片）供電的RF場。這使NFC目標可以採用非常簡單的外形，例如標籤，貼紙，密鑰卡或無電池卡。如果兩個設備都通電，則可以進行NFC對等通信。

有兩種模式：

被動通信模式：發起方設備提供一個載波欄位，目標設備通過調製現有欄位進行應答。在此模式下，目標設備可以從發起者提供的電磁場中汲取其工作功率，從而使目標設備成為轉發器。

活動通信模式：發起方和目標設備都通過交替生成自己的欄位進行通信。設備在等待數據時會停用其RF欄位。在這種模式下，兩個設備通常都具有電源。

NFC的優點和缺點

優點：

通過極其簡單的設置提供低速連接

可用於引導功能更強大的無線連接

NFC的範圍很短，並且支持加密，在這種情況下，NFC可能比早期的私有性較低的RFID系統更適合

缺點：

在許多情況下，短距離可能不可行，因為當前僅在新的Android手機和新的iPhone的Apple Pay上提供

BLE與NFC的比較

BLE和NFC都是集成到手機中的短距離通信技術。

速度： BLE更快

傳輸： BLE具有更高的傳輸速率

功率： NFC消耗更少的功率

配對： NFC不需要配對

時間： NFC花費的時間更少

連接：自動為NFC建立

數據傳輸速率： BLE的最大速率為2Mbits / s，NFC的最大速率為424 kbits / s。

（NFC的距離範圍很短，距離為20cm，這減少了不必要的攔截的可能性，因此它特別適用於信號難以與其發送的物理設備相關聯的擁擠區域。）

兼容性： NFC與現有的無源RFID（13.56 MHz ISO / IEC 18000-3）基礎結構兼容

能源協議： NFC需要相對較低的功率

受電設備： NFC與無電設備一起使用。

NFC設備可用於非接觸式支付系統，類似於當前在信用卡和電子票證智慧卡中使用的設備，並且它允許行動支付替代或補充這些系統。

我們認為，NFC肯定會取代更加不安全和過時的RFID汽車，因為在智慧型手機上使用的NFC將僅限於僅與付款，訪問或身份識別等應用程式聯繫。

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