物聯網無線傳輸技術有哪些?

2021-10-24 19:15:31 字數 3404 閱讀 4390

隨著萬物互聯的時代到來,物體與物體之間的鏈結方式也在隨著時代不斷的發展。如果說感測器是物聯網的觸覺,那麼無線傳輸技術就是物聯網的神經系統,將遍布在物聯網各處的感測器鏈結起來。在物聯網出現之前,網路的接入需求主要集中在pc和移動終端上。如今,隨著物聯網技術的發展,無線接入不僅僅體現在pc和移動終端上,還有工業生產環境下物體與物體之間的鏈結也是需要網路的接入的。

現在比較常見的近距離無線傳輸技術主要有:wifi、藍芽、uwb、mtv、zigbee、nfc等,訊號的覆蓋範圍一般都在幾十厘公尺和幾百公尺之間。近距離無線傳輸技術因為距離問題,主要還是應用在區域網上,比如家庭網路、工廠車間聯網、企業辦公聯網。

wifi

wi-fi被廣泛用於許多物聯網應用案例,最常見的是作為從閘道器到連線網際網路的路由器的鏈路。然而,它也被用於要求高速和中距離的主要無線鏈路。

wifi技術並不是為了取代藍芽或者其他短距離無線電技術而設計的,兩者的應用領域完全不同,雖然在某些領域上會有重疊。wifi裝置一般都是設計為覆蓋數百公尺範圍的,若是加強天線或者增設熱點的話,覆蓋面積將會更大,甚至是整幢辦公大樓都不成問題。

wifi無線技術主要為移動裝置接入lan(區域網)、wan(廣域網),以及網際網路而設計。

基本上來說,在wifi標準中,移動裝置扮演的是客戶端角色,而服務端是網路中心裝置;與nfc、藍芽技術的兩移動裝置互聯互通在點對點(peertopeer)結構上有著巨大的區別。

支援拓撲結構:星型結構

使用距離:近、中距離(數百公尺)

應用場景:移動裝置等

藍芽bluetooth

藍芽是一種通用的短距離無線電技術,藍芽5.0藍芽理論上能夠在最遠 100 公尺左右的裝置之間進行短距離連線,但實際使用時大約只有10公尺。

支援拓撲結構:點對點結構

使用距離:近距離(< 100 m)

應用場景:移動裝置、智慧型穿戴裝置等

uwb超寬頻uwb是一種無載波通訊技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈衝傳輸資料,其傳輸距離通常在10m以內,使用1ghz以上頻寬,通訊速度可以達到幾百兆bit/s以上,uwb的工作頻段範圍從3.1ghz到10.6ghz,最小工作頻寬為500mhz。

其主要特點是:傳輸速率高;發射功率低,功耗小;保密性強;uwb通訊採用調時序列,能夠抗多徑衰落;uwb所需要的射頻和微波器件很少,可以減小系統的複雜性。由於系uwb統占用的頻寬很高,uwb系統可能會干擾現有其他無線通訊系統。uwb主要應用在高解析度"較小範圍"能夠穿透牆壁"地面等障礙物的雷達和影象系統中。

這種裝置可以用來檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結構中的缺陷,以及定位地下電纜及其它管線的故障位置,也可用於疾病診斷。另外,在救援、治安防範、消防及醫療、醫學影象處理等領域都大有用途。

zigbee

zigbee,也稱紫蜂,是一種低速短距離傳輸的無線網上協議,底層是採用 ieee 802.15.4 標準規範的**訪問層與物理層。

主要特色有低速、低耗電、低成本、支援大量網上節點、支援多種網上拓撲、低複雜度、快速、可靠、安全。

傳輸範圍一般介於10~100m之間,在增加發射功率後,亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通訊的接力,傳輸距離將可以更遠。

支援拓撲結構:星型、樹形、網狀形結構

使用距離:近、中距離(10m - 數km)

應用場景:移動裝置等

nfcnfc實質是脫胎於無線裝置間的一種「非接觸式射頻識別」(rfid)及互聯技術,是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻訊號自動識別目標物件並獲取相關資料,識別工作無須人工干預。

支援拓撲結構:點對點結構

使用距離:近距離

應用場景:掃碼、刷卡等

遠距離無線傳輸技術包括gprs、nb-iot、sigfox、lora,訊號覆蓋範圍一般在幾公里到幾十公里。遠距離無線傳輸技術主要應用在遠端資料的傳輸,如智慧型電表、智慧型物流、遠端裝置資料採集等。

主要應用於氣象、水文水利、地質等行業。gprs實時資料傳輸銀行、**、保險行業稅務、公安、交警、交通稽查、交通監控工業控制、遙感、遙測、移動辦公。

nb-iot

窄帶物聯網(narrow band internet of things, nb-iot)成為萬物網際網路絡的乙個重要分支。

nb-iot構建於蜂窩網路,只消耗大約180khz的頻寬,可直接部署於gsm網路、umts網路或lte網路,以降低部署成本、實現平滑公升級。

nb-iot的特點是低頻段、低功耗、低成本、高覆蓋、高網路容量,也被稱作「窄帶物聯網」。

乙個基站就可以比傳統的2g、藍芽、wifi多提供50-100倍的接入終端,並且只需一節電池裝置就可以工作十年。

支援拓撲結構:星型結構

使用距離:遠距離(10km以上)

應用場景:智慧型城市、共享單車等

lora

lora的名字就是遠距離無線電(long range radio),它比較大的特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠,實現了低功耗和遠距離的統一,它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通訊距離擴大3-5倍。

支援拓撲結構:星型結構

使用距離:遠距離(典型2km - 5km,最高可達15 km)

應用場景:物流跟蹤等

在很多場景下,我們需要考慮多重因素,比如客戶資料量、資料傳輸距離、成本等因素。因此,根據場景進行選擇,才是最明智的決定。

在物聯網領域,大多數感測器都是嵌入在晶元中,網路傳輸模組的能耗低,且功率小,主要以近距離無線連線為主。特別在工廠內部,無數的生產裝置、物料和智慧型終端都需要利用wifi、藍芽、zigbee這些近距離無線技術實現互聯。但在有些業務中,近距離無線傳輸無法滿足需求。比如,企業需要對客戶產品的使用狀態進行監控並實時的傳回資料。在重工企業,對遠端裝置使用狀態的監控十分重要。因此,需要利用遠距離無線傳輸技術實現資料的回傳。這個時候企業可以選擇3g、4g這樣的蜂窩通訊技術,也可以選擇lora、sigfox、nb-iot這樣的低功耗廣域網傳輸技術。

不同層次物聯網應用的無線傳輸需求

第二,低功耗、低速率的廣域網傳輸技術,如lora、sigfox、nb-iot等,這類傳輸技術適合於遠端裝置執行狀態的資料傳輸、工業智慧型裝置及終端的資料傳輸等。

第三、高功耗、高速率的近距離傳輸技術,如wifi、藍芽,這類傳輸技術適合於智慧型家居、可穿戴裝置以及m2m之間的連線及資料傳輸。

第四,低功耗、低速率的近距離傳輸技術,如zigbee。這類傳輸技術適合區域網裝置的靈活組網應用,如熱點共享等。

目前,物聯網無線傳輸技術的發展趨勢是以低功耗廣域網路為主。可以預計,在未來的幾年時間,以lora、sigfox、nb-iot為代表的低功耗廣域網路傳輸技術將逐漸成為物聯網傳輸層連線技術的主流。

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物聯網無線技術比較

無線技術 功耗通訊速率 覆蓋距離 模組 是否是運營商網路 wifi高高 100公尺以內低否 藍芽低適中幾公尺 幾十公尺低否 2 3 4 5g移動通訊高高 2g基站的覆蓋半徑約為5 10公里 3g基站的覆蓋半徑約為2 5公里 4g基站的覆蓋半徑約為1 3公里 5g基站的覆蓋半徑約為100 300公尺 ...

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