11種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議爭高下，WiFi/藍(lán)牙/ZigBee誰才是最終的贏家？

電子工程師和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的產(chǎn)品和系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)人員都有一個(gè)幾乎令人迷惑的連接選項(xiàng)。

許多通信技術(shù)是眾所周知的，如WiFi，藍(lán)牙，ZigBee和2G/3G/4G蜂窩，但也有幾個(gè)新興的新興網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)，如線程作為家庭自動化應(yīng)用的替代品，以及在主要城市實(shí)施的空白電視技術(shù)用于更廣泛的基于IoT的用例。根據(jù)應(yīng)用，范圍，數(shù)據(jù)要求，安全性和功率需求以及電池壽命等因素將決定某種形式的技術(shù)組合的選擇。這些是向開發(fā)人員提供的一些主要通信技術(shù)。

藍(lán)牙

重要的短距離通信技術(shù)當(dāng)然是藍(lán)牙技術(shù)，在計(jì)算和許多消費(fèi)品市場中已經(jīng)變得非常重要。預(yù)計(jì)這是可穿戴產(chǎn)品的關(guān)鍵，特別是連接到物聯(lián)網(wǎng)，盡管可能通過智能手機(jī)在許多情況下。新的藍(lán)牙低功耗（BLE）或藍(lán)牙智能（如現(xiàn)在已被標(biāo)注）是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要協(xié)議。重要的是，雖然它提供了與藍(lán)牙類似的范圍，但它的設(shè)計(jì)旨在顯著降低功耗。

但是，Smart/BLE并不是真正設(shè)計(jì)用于文件傳輸，更適合于小塊數(shù)據(jù)。鑒于其在智能手機(jī)和許多其他移動設(shè)備上的廣泛集成，因此在許多競爭技術(shù)的個(gè)人設(shè)備環(huán)境中肯定具有重大優(yōu)勢。根據(jù)藍(lán)牙SIG，超過90％的藍(lán)牙智能手機(jī)，包括iOS，Android和Windows的型號，預(yù)計(jì)到2018年將“智能就緒”。

使用藍(lán)牙智能功能的設(shè)備包含了基于射頻收發(fā)器，基帶和協(xié)議棧的基本數(shù)據(jù)速率和低能量核心配置的藍(lán)牙核心規(guī)范版本4．0（或更高版本 – 2014年底最新版本4．2） 。重要的是，版本4．2通過其互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議支持配置文件將允許藍(lán)牙智能傳感器通過6LoWPAN連接直接訪問互聯(lián)網(wǎng)（下面更多）。這種IP連接使得可以使用現(xiàn)有的IP基礎(chǔ)設(shè)施來管理藍(lán)牙智能邊緣設(shè)備。有關(guān)藍(lán)牙4．2的更多信息，可從RS獲得各種藍(lán)牙模塊。

標(biāo)準(zhǔn)：藍(lán)牙4．2核心規(guī)格

頻率：2．4GHz（ISM）

范圍：50－150米（智能/BLE）

數(shù)據(jù)速率：1Mbps（智能/BLE）

Zigbee

ZigBee像藍(lán)牙一樣具有大量的操作基礎(chǔ)，盡管傳統(tǒng)上在工業(yè)環(huán)境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee遠(yuǎn)程控制（RF4CE）以及其他可用的ZigBee配置文件均基于IEEE802．15．4協(xié)議，該協(xié)議是以2．4GHz為目標(biāo)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對的應(yīng)用程序需要相對不頻繁的數(shù)據(jù)交換，在限制區(qū)域內(nèi)的距離在100米范圍內(nèi)，例如在家庭或建筑物中。

ZigBee/RF4CE在復(fù)雜系統(tǒng)中具有一些顯著的優(yōu)勢，提供低功耗操作，高安全性，魯棒性和高可擴(kuò)展性，具有高節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并且有能力利用M2M和IoT應(yīng)用中的無線控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee的最新版本是最近推出的3．0版本，它基本上是將各種ZigBee無線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為單一標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee開發(fā)的示例產(chǎn)品和套件包括TI的CC2538SF53RTQT ZigBee片上系統(tǒng)集成電路和CC2538 ZigBee開發(fā)套件。

標(biāo)準(zhǔn)：基于IEEE802．15．4的ZigBee 3．0

頻率：2．4GHz

范圍：10－100米

數(shù)據(jù)速率：250kbps

Z波

Z－Wave是一種低功耗射頻通信技術(shù)，主要用于諸如燈控制器和傳感器之類的產(chǎn)品的家庭自動化。針對數(shù)據(jù)速率高達(dá)100kbit/s的小數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包的可靠和低延遲通信進(jìn)行了優(yōu)化，其工作在1GHz頻段，并且不受WiFi和其他無線技術(shù)在2．4 GHz范圍內(nèi)的干擾，如藍(lán)牙或ZigBee。它支持全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，而不需要協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，并且是非常可擴(kuò)展的，可以控制多達(dá)232個(gè)設(shè)備。 Z－Wave使用比其他一些更簡單的協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)更快更簡單的開發(fā)，但與其他無線技術(shù)（如ZigBee等）的多種來源相比，唯一的芯片制造商是Sigma Designs。

標(biāo)準(zhǔn)：Z－Wave Alliance ZAD12837/ITU－T G．9959

頻率：900MHz（ISM）

范圍：30m

數(shù)據(jù)速率：9．6/40/100kbit/s

6LowPAN

基于IP（Internet Protocol）的技術(shù)是6LowPAN（IPv6低功率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）。 6LowPAN不是像藍(lán)牙或ZigBee這樣的IoT應(yīng)用協(xié)議技術(shù)，而是一種定義封裝和頭壓縮機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)具有頻帶和物理層的自由度，也可以在多種通信平臺上使用，包括以太網(wǎng)，Wi－Fi，802．15．4和sub－1GHz ISM。一個(gè)關(guān)鍵的屬性是IPv6（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6）堆棧，這是近年來非常重要的介紹，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。 IPv6是IPv4的后繼者，為世界上每個(gè)人提供大約5 x 1028個(gè)地址，使世界上任何嵌入式對象或設(shè)備都擁有自己的唯一IP地址并連接到互聯(lián)網(wǎng)。例如，IPv6專為家庭或樓宇自動化設(shè)計(jì)，提供了一種基本的傳輸機(jī)制，可以通過低功耗無線網(wǎng)絡(luò)以成本效益的方式生產(chǎn)復(fù)雜的控制系統(tǒng)和與設(shè)備進(jìn)行通信。

該標(biāo)準(zhǔn)旨在通過基于IEEE802．15．4的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送IPv6數(shù)據(jù)包，并實(shí)施開放IP標(biāo)準(zhǔn)，包括TCP，UDP，HTTP，COAP，MQTT和Websockets，該標(biāo)準(zhǔn)提供端對端可尋址節(jié)點(diǎn)，允許路由器將網(wǎng)絡(luò)連接到IP。 6LowPAN是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性和自愈性。網(wǎng)狀路由器設(shè)備可以路由指定給其他設(shè)備的數(shù)據(jù)，而主機(jī)能夠長時(shí)間睡眠。這里有6LowPAN的解釋，TI提供。

標(biāo)準(zhǔn)：RFC6282

頻率：（適用于各種其他網(wǎng)絡(luò)媒體，包括藍(lán)牙智能（2．4GHz）或ZigBee或低功率射頻（亞1GHz）

范圍：N/A

數(shù)據(jù)速率：N/A

線程

線程是一種針對家庭自動化環(huán)境的新型基于IP的IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?；?LowPAN，也喜歡它，它不是像藍(lán)牙或ZigBee這樣的IoT應(yīng)用協(xié)議。然而，從應(yīng)用的角度來看，它主要被設(shè)計(jì)為WiFi的補(bǔ)充，因?yàn)樗R別出WiFi對于許多消費(fèi)者設(shè)備而言是有利的，它在家庭自動化設(shè)置中使用的限制。

線程組于2014年中推出，免版稅協(xié)議基于各種標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE802．15．4（作為無線空中接口協(xié)議），IPv6和6LoWPAN，并為物聯(lián)網(wǎng)提供了一種彈性的基于IP的解決方案。 Thread專為從現(xiàn)有的IEEE802．15．4無線芯片供應(yīng)商（如飛思卡爾和Silicon Labs）工作，Thread支持使用IEEE802．15．4無線電收發(fā)器的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，能夠處理多達(dá)250個(gè)具有高級別身份驗(yàn)證和加密的節(jié)點(diǎn)。相對簡單的軟件升級應(yīng)允許用戶在現(xiàn)有的支持IEEE802．15．4的設(shè)備上運(yùn)行線程。

標(biāo)準(zhǔn)：線程，基于IEEE802．15．4和6LowPAN

頻率：2．4GHz（ISM）

范圍：N/ A

數(shù)據(jù)速率：N/A

無線上網(wǎng)（WIFI）

WiFi連接通常是許多開發(fā)人員的明顯選擇，特別是考慮到局域網(wǎng)內(nèi)家庭環(huán)境中WiFi的普及。除了明確指出，現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)廣泛，并提供快速的數(shù)據(jù)傳輸和處理大量數(shù)據(jù)的能力，這不需要進(jìn)一步的解釋。

目前，在家庭和許多企業(yè)中使用的最常見的WiFi標(biāo)準(zhǔn)是802．11n，其提供了在數(shù)百兆比特每秒的嚴(yán)格吞吐量，這對于文件傳輸是很好的，但對于許多IoT應(yīng)用來說可能太耗電了。 RS提供了一系列用于構(gòu)建基于WiFi的應(yīng)用的RF開發(fā)套件。

標(biāo)準(zhǔn)：基于802．11n（今天最常見的用途）

頻率：2．4GHz和5GHz頻段

范圍：約50m

數(shù)據(jù)速率：最大600 Mbps，但根據(jù)所使用的通道頻率和天線數(shù)量（最新的802．11－ac標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提供500Mbps至1Gbps），150－200Mbps更為典型。

蜂窩

需要更長距離運(yùn)行的IoT應(yīng)用程序可以利用GSM/3G/4G蜂窩通信功能。雖然蜂窩電話顯然能夠發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，特別是對于4G，但對于許多應(yīng)用來說，費(fèi)用和功耗將會太高，但是對于傳輸速度非常低的基于傳感器的低帶寬數(shù)據(jù)項(xiàng)目來說，這是非常理想的互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量。該領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品是SparqEE系列產(chǎn)品，包括原始的小型CELLv1．0低成本開發(fā)板和一系列與Raspberry Pi和Arduino平臺一起使用的屏蔽連接板。

標(biāo)準(zhǔn)：GSM/GPRS/EDGE（2G），UMTS/HSPA（3G），LTE（4G）

頻率：900/1800/1900/2100MHz

范圍：GSM最大35km； HSPA最長200公里

數(shù)據(jù)速率（典型下載）：35－170kps（GPRS），120－384kbps（EDGE），384Kbps－2Mbps（UMTS），600kbps－10Mbps（HSPA），3－10Mbps

NFC

NFC（近場通信）是一種技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電子設(shè)備之間的簡單和安全的雙向交互，特別適用于智能手機(jī)，允許消費(fèi)者執(zhí)行非接觸式支付交易，訪問數(shù)字內(nèi)容和連接電子設(shè)備。本質(zhì)上它擴(kuò)展了非接觸式卡技術(shù)的能力，并使設(shè)備能夠在距離小于4cm的情況下共享信息。此處提供更多信息。

標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC 18000－3

頻率：13．56MHz（ISM）

范圍：10厘米

數(shù)據(jù)速率：100－420kbps

Sigfox

標(biāo)題另一種廣泛的技術(shù)是Sigfox，它的范圍在WiFi和蜂窩之間。它使用可免費(fèi)使用的ISM頻帶，而不需要獲取許可證，以便在非常窄的頻譜范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接對象和從連接對象傳輸數(shù)據(jù)。 Sigfox的想法是，對于運(yùn)行在小型電池上的許多M2M應(yīng)用程序，只需要低級別的數(shù)據(jù)傳輸，則WiFi的范圍太短，而蜂窩電話太貴，并且功耗太大。 Sigfox使用一種稱為超窄帶（UNB）的技術(shù)，僅用于處理每秒10至1，000位的低數(shù)據(jù)傳輸速度。與5000微瓦相比，蜂窩通信消耗的電量僅為50微瓦，或者可以通過2．5Ah電池提供典型的待機(jī)時(shí)間20年，而蜂窩電話僅為0．2年。

已經(jīng)部署在成千上萬個(gè)連接對象中，該網(wǎng)絡(luò)目前正在歐洲主要城市推出，其中包括英國的十個(gè)城市。該網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)強(qiáng)大的，功率高效和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，可以與數(shù)百萬個(gè)電池供電設(shè)備在幾平方公里的區(qū)域進(jìn)行通信，使其適用于預(yù)期包括智能電表，病人監(jiān)視器，安全設(shè)備，街道照明和環(huán)境傳感器。 Sigfox系統(tǒng)使用Silicon Labs等EZRadioPro無線收發(fā)器等硅片，為在1GHz以下頻段工作的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供行業(yè)領(lǐng)先的無線性能，擴(kuò)展范圍和超低功耗。

標(biāo)準(zhǔn)：Sigfox

頻率：900MHz

范圍：30－50公里（農(nóng)村環(huán)境），3－10公里（城市環(huán)境）

數(shù)據(jù)速率：10－1000bps

Neul

與Sigfox相似，在1GHz頻段內(nèi)運(yùn)行，Neul利用電視白空間頻譜的小片，提供高可擴(kuò)展性，高覆蓋率，低功耗和低成本無線網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)基于Iceni芯片，其使用白色空間無線電進(jìn)行通信，以訪問高質(zhì)量的UHF頻譜，由于模擬到數(shù)字電視轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在可用。通信技術(shù)稱為無重量，是一種為IoT設(shè)計(jì)的新型廣域無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與現(xiàn)有的GPRS，3G，CDMA和LTE WAN解決方案大有競爭。數(shù)據(jù)速率可以是在同一個(gè)單一鏈路上從每秒幾位到100kbps的任何數(shù)據(jù)速率；并且設(shè)備可以從2xAA電池消耗少至20至30mA，這意味著在現(xiàn)場10至15年。

標(biāo)準(zhǔn)：Neul

頻率：900MHz（ISM），458MHz（英國），470－790MHz（白色空間）

范圍：10公里

數(shù)據(jù)速率：最少可達(dá)100kbps

LoRaWAN

Again在某些方面與Sigfox和Neul類似，LoRaWAN針對廣域網(wǎng)（WAN）應(yīng)用，旨在為具有特定功能的低功率WAN提供支持，以便在IoT，M2M和M2M中支持低成本移動安全雙向通信智能城市和工業(yè)應(yīng)用。針對低功耗優(yōu)化并支持具有數(shù)百萬和數(shù)百萬臺設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)速率范圍為0．3 kbps至50 kbps。

標(biāo)準(zhǔn)：LoRaWAN

頻率：各種

范圍：2－5公里（城市環(huán)境），15公里（郊區(qū)環(huán)境）

數(shù)據(jù)速率：0．3－50 kbps。