如今，“萬(wàn)物互聯(lián)”不只是一種愿景，在很多實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景里面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了局部的物聯(lián)網(wǎng)，如工業(yè)自動(dòng)化、智慧農(nóng)業(yè)、智能公交、高端酒店等場(chǎng)所。物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)十年最具有市場(chǎng)前景的領(lǐng)域，相關(guān)的無(wú)線通訊技術(shù)也逐步出現(xiàn)。
在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的通訊技術(shù)里面，藍(lán)牙、zigbee、Wi-Fi、GPRS、NFC等是應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線技術(shù)。除了這些，還有很多無(wú)線技術(shù)，它們?cè)诟髯赃m合的場(chǎng)景里默默耕耘，扮演著不可或缺的角色。本文將通過常見的十大無(wú)線通訊技術(shù)優(yōu)劣及應(yīng)用場(chǎng)景，帶大家認(rèn)識(shí)真正的物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)。
藍(lán)牙是一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換，藍(lán)牙模塊可連接多個(gè)設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。藍(lán)牙技術(shù)最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)制。如今藍(lán)牙由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟管理，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在全球擁有超過25,000家成員公司，它們分布在電信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、和消費(fèi)電子等多重領(lǐng)域。
藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)包括采用跳頻技術(shù)，抗信號(hào)衰落；快跳頻和短分組技術(shù)能減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?；前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)可減少遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的隨機(jī)噪聲影響；用FM調(diào)制方式降低設(shè)備的復(fù)雜性等。其中藍(lán)牙核心規(guī)格是提供兩個(gè)或以上的微微網(wǎng)連接以形成分布式網(wǎng)絡(luò)，讓特定的設(shè)備在這些微微網(wǎng)中自動(dòng)同時(shí)地分別扮演主和從的角色。藍(lán)牙主設(shè)備最多可與一個(gè)微網(wǎng)中的七個(gè)設(shè)備通訊，設(shè)備之間可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換角色，從設(shè)備也可轉(zhuǎn)換為主設(shè)備。
與藍(lán)牙技術(shù)不同，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗、便宜的無(wú)線通信技術(shù)，zigbee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀(bee)的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。
ZigBee模塊的特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率，ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層、媒體訪問控制層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等，其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee技術(shù)適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。
Wi-Fi在我們的生活中非常常見，一線城市的幾乎所有公共場(chǎng)所均設(shè)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這是由于WiFi的低成本和傳輸特性決定的。WiFi通信技術(shù)是一種允許電子設(shè)備連接到一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)的技術(shù)，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射頻頻段，連接到無(wú)線局域網(wǎng)通常是有密碼保護(hù)的；但也可是開放的，這樣就允許任何在WLAN范圍內(nèi)的設(shè)備可以連接上。
由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻段在世界范圍內(nèi)是無(wú)需任何電信運(yùn)營(yíng)執(zhí)照的，因此WLAN無(wú)線設(shè)備提供了一個(gè)世界范圍內(nèi)可以使用的，費(fèi)用極其低廉且數(shù)據(jù)帶寬極高的無(wú)線空中接口。用戶可以在Wi-Fi覆蓋區(qū)域內(nèi)快速瀏覽網(wǎng)頁(yè)，隨時(shí)隨地接聽撥打電話，有了Wi-Fi功能我們打長(zhǎng)途電話、瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件、音樂下載、數(shù)碼照片傳遞等，再無(wú)需擔(dān)心速度慢和花費(fèi)高的問題。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在掌上設(shè)備上應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而智能手機(jī)就是其中一份子。與早前應(yīng)用于手機(jī)上的藍(lán)牙技術(shù)不同，WiFi模塊具有更大的覆蓋范圍和更高的傳輸速率，因此Wi-Fi手機(jī)成為了2010年移動(dòng)通信業(yè)界的時(shí)尚潮流。
LiFi也叫可見光無(wú)線通信，LiFi技術(shù)是一種利用可見光波譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜聼o(wú)線傳輸技術(shù)，由英國(guó)愛丁堡大學(xué)電子通信學(xué)院移動(dòng)通信系主席、德國(guó)物理學(xué)家哈拉爾德?哈斯教授發(fā)明。LiFi是運(yùn)用已鋪設(shè)好的設(shè)備，通過在燈泡上植入一個(gè)微小的芯片形成類似于WiFi熱點(diǎn)的設(shè)備，使終端隨時(shí)能接入網(wǎng)絡(luò)。
該技術(shù)最大的特點(diǎn)是通過改變房間照明光線的閃爍頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只要在室內(nèi)開啟電燈，無(wú)需WiFi也便可接入互聯(lián)網(wǎng)，未來(lái)在智能家居中有著廣泛的應(yīng)用前景。
GPRS我們可以說(shuō)非常熟悉了，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動(dòng)通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。GPRS可說(shuō)是GSM的延續(xù)，GPRS模塊和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包式?lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。
GPRS技術(shù)是介于2G和3G之間的技術(shù)，也被稱為2.5G，它為實(shí)現(xiàn)從GSM向3G的平滑過渡奠定了基礎(chǔ)。隨著移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展，3G、4G、5G技術(shù)均被研發(fā)出來(lái)，GPRS也逐漸被這些技術(shù)所取代。
Z-Wave技術(shù)是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無(wú)線通信技術(shù)，由丹麥公司Zensys所一手主導(dǎo)的無(wú)線組網(wǎng)規(guī)格。工作頻帶為908.42MHz(美國(guó))~868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps，適合于窄寬帶應(yīng)用場(chǎng)合。
隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加，相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)將是最低功耗和最低成本的技術(shù)，有力地推動(dòng)著低速率無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。
射頻433也叫無(wú)線收發(fā)模組，采用射頻技術(shù)，由全數(shù)字科技生產(chǎn)的單IC 射頻前段與ATMEL的AVR單片機(jī)組成，可高速傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的微型收發(fā)信機(jī)，無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行打包﹑檢錯(cuò)﹑糾錯(cuò)處理。
射頻433技術(shù)的應(yīng)用范圍包括無(wú)線POS機(jī)、PDA等無(wú)線智能終端、安防、機(jī)房設(shè)備無(wú)線監(jiān)控、門禁系統(tǒng)。交通、氣象、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、智能小區(qū)、樓宇自動(dòng)化、PLC、物流追蹤、倉(cāng)庫(kù)巡檢等領(lǐng)域。
NFC是一種新興的技術(shù)，使用了NFC技術(shù)的設(shè)備可以在彼此靠近的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，是由非接觸式射頻識(shí)別(RFID)及互連互通技術(shù)整合演變而來(lái)，通過在單一芯片上集成感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的功能，利用移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付、門禁、身份識(shí)別等應(yīng)用。
近場(chǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電子支付、身份認(rèn)證、票務(wù)、數(shù)據(jù)交換、防偽、廣告等多種功能，它改變了用戶使用移動(dòng)電話的方式，使用戶的消費(fèi)行為逐步走向電子化。
UWB是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。UWB在早期被用來(lái)應(yīng)用在近距離高速數(shù)據(jù)傳輸，近年來(lái)國(guó)外開始利用其亞納秒級(jí)超窄脈沖來(lái)做近距離精確室內(nèi)定位。
與藍(lán)牙和WLAN等帶寬相對(duì)較窄的傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)不同，UWB能在寬頻上發(fā)送一系列非常窄的低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數(shù)據(jù)，意味著UWB引起的干擾小于傳統(tǒng)的窄帶無(wú)線解決方案，并能夠在室內(nèi)無(wú)線環(huán)境中提供與有線相媲美的性能。
Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在叫施耐德電氣）于1979年為使用可編程邏輯控制器通信而發(fā)表。Modbus協(xié)議已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。
Modbus協(xié)議是一個(gè)master/slave架構(gòu)的協(xié)議。有一個(gè)master節(jié)點(diǎn)，其它使用Modbus協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是slave節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)slave設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址。在串行和MB+網(wǎng)絡(luò)中，只有被指定為主節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)可以啟動(dòng)一個(gè)命令。
有許多modems和網(wǎng)關(guān)支持Modbus協(xié)議，因?yàn)镸odbus協(xié)議很簡(jiǎn)單而且容易復(fù)制，它們當(dāng)中一些為這個(gè)協(xié)議特別設(shè)計(jì)的，不過設(shè)計(jì)者需要克服一些包括高延遲和時(shí)序的問題。
“一個(gè)蘿卜一個(gè)坑”，在各自應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)
無(wú)線通訊技術(shù)是未來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)自動(dòng)化最基本的技術(shù)，隨著無(wú)線應(yīng)用的增長(zhǎng)，各種技術(shù)和設(shè)備也會(huì)越來(lái)越多，也越來(lái)越依賴于無(wú)線通信技術(shù)。
如上述列出的十大無(wú)線通訊技術(shù)，每種技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，也受限于自身的應(yīng)用場(chǎng)景。如Z-Wave技術(shù)在住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應(yīng)用方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)；藍(lán)牙、Wi-Fi的成本和傳輸特性明顯，在常見的聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景如商場(chǎng)、交通等場(chǎng)所優(yōu)勢(shì)很大；而Modbus通信協(xié)議的技術(shù)特點(diǎn)決定了它注定是工業(yè)領(lǐng)域通信的首選，地位無(wú)可代替。
要想實(shí)現(xiàn)真正的物聯(lián)網(wǎng)，未來(lái)需要這些技術(shù)聯(lián)盟和人員齊心協(xié)力，相互互合作，一起支撐起全球巨大的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
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