深度解读:物联网应用的无线连接选择 - 技术比较

本文将详细地介绍各种无线连接技术,并根据商业和工业物联网应用中最重要的特性对它们进行比较。

我们将比较以下技术:

  • 蓝牙技术
  • Wi-Fi
  • 基于IEEE 802.15.4的技术(Thread、Zigbee)
  • Z-Wave
  • 蜂窝低功耗广域网技术(NB-IoT、LTE-M)
  • 非蜂窝低功耗广域网技术(LoRaWAN、Sigfox)

我们将比较每种技术的以下几种特性,包括:
  •   距离
  •   吞吐量
  •   功耗
  •   成本
  •   拓扑结构

在比较各种技术的特性之前,我们先简单介绍每种技术。

# 蓝牙技术

定义
蓝牙技术是一项在2.4 GHz ISM频段上运行的低功耗无线解决方案。多年来,蓝牙技术不断扩展,如今在距离、带宽和通信拓扑结构方面具有极大的灵活性,能够满足不同物联网应用的需求。

技术细节
目前有两种不同的蓝牙无线电选择:经典蓝牙 (Bluetooth Classic) 和低功耗蓝牙 (Bluetooth LE)。经典蓝牙(或BR/EDR),即初代蓝牙无线电,目前仍被广泛用于串流应用,尤其是音频串流。而低功耗蓝牙主要用于设备间频繁传输数据的低带宽应用。低功耗蓝牙以极低的功耗以及在智能手机、平板电脑和个人电脑中的普及性著称。

低功耗蓝牙分为点对点(point-to-point)、星型拓扑结构(Star Topology)、mesh网络(mesh Topology)和广播式拓扑结构(broadcast topologies)。在 mesh拓扑结构中, 节点之间直接连接,无需通过中枢与其他节点通信。节点能够将数据和信息发送至原始源节点通信范围之外的其他节点,扩大了大型区域内网络的覆盖范围。

主要用例
低功耗蓝牙最常用于医疗和健身设备、智能照明系统、实时定位系统和室内导航应用。

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# Wi-Fi

定义
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,但较新版本的Wi-Fi也会使用其他频段。

技术细节
Wi-Fi有许多版本。Wi-Fi联盟最近采用了一种新型版本编号系统: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)。最新发布的版本可满足各类应用的需求,包括更长的距离、更高的吞吐量和更大的覆盖范围。

Wi-Fi最流行的拓扑结构是星型拓扑结构。但在星型拓扑结构中,节点只能通过中枢相互通信。

主要用例
Wi-Fi主要用于大文件传输和带宽较高的数据传输应用,比如视频串流。

在物联网应用中,Wi-Fi最常用于需要直接连接互联网的设备。但它通常无法满足低功耗需求,也很少用于需要长时间依靠微型电池运行的应用和设备。

# 基于IEEE 802.15.4的技术 (Thread、Zigbee)

定义
IEEE 802.15.4技术指低速无线个人局域网(LR-WPAN)访问层。

技术细节
Thread和Zigbee是两种以该规格为基础的技术。它们的特点是低功耗和低数据速率。IEEE 802.15.4主要用于数据少、距离短、需要同时保持低功耗的应用场景。

虽然该技术也支持星型拓扑,但最常用的是网状拓扑结构。

主要用例
这些技术最常用于智能家居中的无线控制和监测应用场景。

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# Z-Wave

定义
Z-Wave最初是一项照明系统控制协议,后来演变成为由Z-Wave联盟管理的家居自动化协议。

技术细节
这项专有技术在美国的频段为908/915 MHz,在欧洲的频段为868 MHz。频段不同是为了避免干扰2.4 GHz ISM频段并扩大覆盖范围。

这项技术主要使用网状拓扑结构。

主要用例
这项技术的主要应用于智能家居场景中。

# 蜂窝低功耗广域网技术 (NB-IoT、LTE-M)

定义
LTE-M(LTE Cat-M1或Long-Term Evolution for Machines)和NB-IoT(窄带物联网)都是3GPP(3rd Generation Partnership Project, 第三代合作伙伴计划)所开发的技术标准,并为蜂窝物联网应用技术提供了解决方案。

这两种技术将与其他5G技术共存,有望成为长期5G物联网战略的组成部分。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(就同时连接网络的设备数量而言)。

技术细节
LTE-M和NB-IoT在特性上有所不同,因此适合的应用场景也有所不同。

NB-IoT最适合需要低功耗和低带宽的简单应用,而LTE-M由于具有更高的数据速率,因此最适合实时和关键任务应用程序。两者之间的主要区别是速度和延迟(LTE-M速度较高,延迟较低)。

NB-IoT和LTE-M主要采用星型拓扑结构。

主要用例
NB-IoT的主要用例包括智能农业、智慧城市和智能仪表应用。LTE-M的主要用例包括物流、医疗设备的回程通信通道以及汽车应用。

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# 非蜂窝低功耗广域网技术 (LoRaWAN、Sigfox)

定义
LoRaWAN是LoRa联盟维护的开源无线网络协议。LoRaWAN建立在LoRa基础之上,loRa是Semtech公司所开发的专有调制格式。

技术细节
LoRa只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基础之上的多项协议之一。

LoRaWAN被归类为低功耗广域网(LPWAN)技术,可以低功耗实现设备之间的远程通信。

Sigfox也是一项LPWAN技术,但它是法国公司Sigfox所提供的专有技术。该公司是这项技术的唯一网络运营商。

主要用例
LoRaWAN常用于智慧城市应用市场,例如智能公用事业仪表、智能停车计时器以及供应链和物流应用(例如资产追踪)。Sigfox也常用于智慧城市应用。相比美国,这项技术在欧盟地区更加常见。

对比表

下表对比了上文中提到的几种无线技术。

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来源: 蓝牙技术联盟,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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