智能锁、智能家居领域常见的无线传输协议类型,你了解多少?

发布时间: 2018-10-31

  “物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出,狭义的物联网指的是“物—物相连的互联网”,这里相连的主体既包括物品到物品,也包括物品到识别管理设备。

  智能锁、智能家居领域常见的无线传输协议

  目前的有线和无线互联网、2G和3G网络等,都可以作为传输层的组成部分。在智能小区、智能家居等物联网终端普及的未来,为了保证无线传输数据的安全,无线传输协议显得尤为重要。

  下面就来看看物联网中常见的无线传输协议类型:

  RFID

  RFID(Radio Frequency Identification),即射频识别,俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

  RFID由标签(Tag)、解读器(Reader)和天线(Antenna)三个基本要素组成。 RFID技术的基本工作原理并不复杂,标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag ,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签),解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

  RFID可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车场和高速公路的不停车收费系统等。从行业上讲,RFID将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。

  红外

  红外技术也是无线通信技术的一种,可以进行无线数据的传输。红外有明显的特点:点对点的传输方式,无线,不能离得太远,要对准方向,不能穿墙与障碍物,几乎无法控制信息传输的进度。802.11物理层标准中,除了使用2.4GHz频率的射频外,还包括了红外的有关标准。IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率,IrDA1.1支持到4Mbps。该技术基本上已被淘汰,被蓝牙和更新的技术代替。

  ZigBee

  ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。ZigBee 的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议,所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化,同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。

  ZigBee联盟成立于2001年8月,由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成。ZigBee与Bluetooth (蓝牙)、WiFi(无线局域网)同属于2.4GHz频段的IEEE标准网络协议,由于性能定位不同,各自的应用也不同。

  ZigBee有显著的特点:超低功耗,网络容量大,数据传输可靠,时延短,安全性好,实现成本低。 在ZigBee技术中,采用对称密钥的安全机制,密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成,并对其进行管理、存储、传送和更新等。因此,在未来的物联网中,ZigBee技术显得尤为重要,已在美国的智能家居等物联网领域中得到广泛应用。

  蓝牙

  Bluetooth是1998年5月,东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出的技术标准。作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,蓝牙以低成本的近距离无线连接为基础,为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接,完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口(Radio Air Interface)及其控制软件的公开标准,使通信和计算机进一步结合,使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能(Interoperability)。

  蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。应用了“Plonkandplay”的概念(有点类似“即插即用”),即任意一个蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备,马上就可以建立联系,而无需用户进行任何设置,因此可以解释成“即连即用”。

  蓝牙技术有成本低,功耗低、体积小,近距离通信,安全性好的特点。 蓝牙在未来的物联网发展中将得到一定的应用,特别是应用在办公场所、家庭智能家居等环境中。

  GPRS

  通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS),使用带移动性管理的分组交换模式以及无线接入技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位来计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。但GPRS技术不太适合智能家居使用,主要应用在电信网络。

  3G

  第三代移动通信技术(3rd-generation,3G),是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息,速率一般在几百kbps以上。

  目前3G存在四种标准:CDMA2000(美国版),WCDMA(欧洲版),TD-SCDMA(中国版),WiMAX。国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准,写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》。2007年,WiMAX亦被接受为3G标准之一。

  CDMA是Code Division Multiple Access (码分多址)的缩写,是第三代移动通信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式,而这种系统的主要缺点是频谱利用率低,信令干扰话音业务。  第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式,提高了系统容量,并采用独立信道传送信令,使系统性能大大改善,但TDMA的系统容量仍然有限,越区切换性能仍不完善。而CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。

  4G

  4G技术又称IMT-Advanced技术。 准4G标准,是业内对TD技术向4G的最新进展的TD-LTE-Advanced称谓。对于4G中将使用的核心技术,业界并没有太大的分歧。总结起来,有正交频分复用(OFDM)技术、软件无线电、智能天线技术多输入多输出(MIMO)技术和基于IP的核心网五种。

  由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率,因此4G通信给人印象最深刻的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。此外,4G还有网络频谱宽、通信灵活、智能性能高 、兼容性好 、费用便宜等优点。

  4G通信技术并非完美无缺,主要体现在以下几个方面:一是4G通信技术的技术标准难以统一。二是4G通信技术的市场推广难以实现。三是4G通信技术的配套设施难以更新。

  Wi-Fi

  Wi-Fi 全称为Wireless Fidelity,又称IEEE 802.11b标准,它最大的优点就是传输的速度较高,可以达到11Mb/s,另外它的有效距离也很长,同时也与已有的各种IEEE 802.11 DSSS(直接序列展频技术,Direct Sequence Spread Spectrum)设备兼容。

  IEEE 802.11b无线网络规范是在IEEE802.11a网络规范基础之上发展起来的,最高带宽为11Mb/s,在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性。Wi-Fi无线保真技术与蓝牙技术一样,属于办公室与家庭使用的短距离无线技术,使用频段是2.4GHz附近的频段,该频段目前尚属没用许可的无线频段,可以使用的标准有两个即802.11ay与802.11b,802.11g是802.11b的继承。

  其主要的特性为:速度快、可靠性高。在开放区域,其通信距离可达305m。在封闭性区域其通信距离为76~122m,方便与现有的有线以太网整合,组网的成本更低。

  NB-IoT

  NB-IoT即窄带物联网 (Narrow Band -Internet of Things),是物联网技术的一种,具有低成本、低功耗、广覆盖等特点,定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场,拥有广阔的应用前景。NB-IoT技术包含六大主要应用场景,包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业。而这些场景恰恰是现有移动通信很难的支持的场景。市场研究公司Machina预测,NB-IoT技术未来将覆盖25%的物联网连接。

  NB-IoT是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术,射频带宽可以低至0.18MHz。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE两种标准的融合,平衡了各方利益,并适用于更广泛的部署场景。其中,华为、沃达丰、高通等公司支持NB-CIoT;爱立信、中兴、三星、英特尔、MTK等公司支持NB-LTE。NB-CIoT、NB-LTE与标准NB-IoT相比都有较大差异,终端无法平滑升级,一些非标基站甚至面临退网风险。

  随着物联网技术和应用的不断发展,无线传输协议将迎来前所未有的发展,其在未来智能化系统中的应用也将会呈现爆发性的增长。了解与掌握ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、RFID等核心技术,研制相应的借接口以及无线通信产品模块化,绝对是企业创造商机的正确手段。无线传输协议始终是物联网发展的一个关键技术,也将是未来物联网发展中的重中之重。

文章源自:门锁世界