选择合适的无线通信技术从一开始就是一个关键的设计决策。这决定了应用的协议互操作性、距离、稳健性和用例。本选择指南将带您了解几个关键的决策要求首先通过下表简要了解各种无线通信技术。
1.经典蓝牙
经典蓝牙的优点
• 网络类型 | 经典蓝牙旨在用于短距离应用支持点对点 (P2P) 和星型网络拓扑等网络类型。
• 吞吐量 | 经典蓝牙旨在用于高数据吞吐量应用如音频流传输数据速率高达 3Mbps。
• 目标应用 | 通过无线耳机、扬声器和条形音箱进行音频流传输。
经典蓝牙的潜在缺点
• 功耗 | 经典蓝牙未针对低功耗应用进行优化。
2.低功耗蓝牙 低功耗蓝牙的优点
• 网络类型 | 低功耗蓝牙旨在用于短距离应用支持点对点 (P2P)、星型和广播设备角色。低功耗蓝牙可用于运行状况监视器、个人电子产品和资产跟踪器等多种应用。蓝牙是一种出色的无线技术媒介它可以在两个设备如智能汽车接入之间快速建立连接并交换数据。 • 功耗 | 低功耗蓝牙旨在用于超低功耗无线通信只需一节纽扣电池即可运行数年。该协议旨在实现轻量级应用且可灵活地调整各种通信间隔参数例如以 1 秒间隔进行广播。
• 吞吐量 | 低功耗蓝牙 4 及更高版本的标准数据速率为 1Mbps这对于大多数类型的通信来说已经足够了。但是低功耗蓝牙 5 现在还支持高达 2Mbps 的速率可实现更快的数据传输。
• 无线稳健性 | 低功耗蓝牙使用 2.4GHz 无线频带会有其他无线技术如 Wi-Fi、Zigbee 和 Thread与其共用该频带。为了在这个拥挤的频带内减少冲突蓝牙会在通信前使用跳频找到一个开放的信道。
• 安全性 | 要详细了解蓝牙网络中的安全性请参阅了解 SimpleLink™ 低功耗 Bluetooth® CC13x2 和 CC26x2 无线 MCU 的安全特性
• 目标应用 | 无线键盘、心率监视器、血压监视器、智能汽车接入等等。低功耗蓝牙是应用最为广泛的无线技术因为它普遍应用于每一款智能手机或平板电脑中。 低功耗蓝牙的潜在缺点
• 距离 | 蓝牙不适用于需要远距离连接的应用。蓝牙需要一个网关网桥来连接到 IP 网络。
3.蓝牙网状网络 蓝牙网状网络的优点
• 网络类型 | 基于现有的低功耗蓝牙技术蓝牙网状网络通过多个跃点扩展了网状网络中的无线通信范围有助于扩展无线连接的范围。支持多达 100 个节点的小型到大型网络具有工业级消息传递性能同时提供无单点故障的自我修复、多路径网络。一个设备与另一个设备连接和通信并建立一对一的关系。在网络内部一个设备可与创建集线器网状网络的多个设备建立一对一的关系。
• 功耗 | 和低功耗蓝牙一样蓝牙网状网络旨在用于超低功耗无线通信只需一节纽扣电池即可运行数年。由于无线电开启时间之间的间隔可以更长因此设备可以保持更长时间的待机状态。
• 示例应用 | 照明、HVAC、无线传感器网络、数据收集等等。
低功耗蓝牙的潜在缺点
• 吞吐量 | 蓝牙网状网络不适用于高数据吞吐量它是低延迟应用。对于任何高数据吞吐量建议使用低功耗蓝牙。
4.Zigbee Zigbee 的优点
• 网络类型 | Zigbee 技术是一种基于网状网络的协议它允许网络根据应用的需要而扩增。该技术支持自生自愈的网状网络。总共有四种不同的 Zigbee 角色协调器、路由器、终端设备和绿色电源设备。Zigbee 主要用于楼宇和家庭自动化。 • 功耗 | Zigbee 是一款低功耗无线通信技术可在终端应用中实现极长的电池寿命。为了实现这种等级的功耗终端设备会周期性地唤醒以发送数据然后尽快重新回到低功耗模式。Zigbee 绿色电源设备甚至可以实现无电池应用例如使用太阳能电池板收集能量。
• 无线稳健性 | Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 的无线堆栈作为物理层和 MAC 层。Zigbee 应用能够选择一个特定的信道来与多达 16 个信道通信。Zigbee 是一种自愈型技术可以识别网络中断开的节点并根据需要重新路由以保护相应网络。
• 距离 | Zigbee 应用的典型距离是长达 200m 的视线范围单跳。但是Zigbee 可以通过其网状网络功能实现远距离通信方法是在网络中以菊链式方式连接多个 Zigbee 路由器。
• 安全性 | 要详细了解 Zigbee 网络中的安全性请参阅了解 SimpleLink™ Zigbee CC13x2 和 CC26x2 无线 MCU的安全性特性
• 目标应用 | Zigbee 网络可用于各种家庭自动化控件如无线照明开关、恒温器等等。Zigbee 认证可保证与来自其他供应商的 Zigbee 认证产品的互操作性。
Zigbee 的潜在缺点
• 网络类型 | Zigbee 无法提供轻松连接到云的方法。连接到 IP 网络需要一个网关和地址转换层。
• 吞吐量 | Zigbee 不适用于高数据速率传输。该技术旨在用于低数据速率应用最大吞吐量为 250kbps。
探索新的无线技术例如 Zigbee SubGHz该技术整合了经过验证的安全、可靠低功耗 Zigbee 和超长距离通信。
5.Thread Thread 的优点
• 网络类型 | Thread 旨在用于在基于 IP 的网络中使用网状拓扑的互联家居应用。它主要设计用于楼宇自动化以控制照明、恒温器和其他产品。Thread 可自生自愈这意味着它会自动升级或降级节点以确保网络中没有单点故障。此外Thread 可以与任何 IPv6 网关协同工作因此可以轻松地在网络中添加新设备。
• 功耗 | Thread 旨在用于在低功耗传感应用中运行并将传感器连接到 IPv6 网络。Thread 终端设备可以长时间睡眠从而延长电池寿命。
• 距离 | Thread 的典型距离是长达 200m 的视线范围单跳。Thread 是一种网状网络最多可通过 32 个跃点来延长距离。
• 安全性 | 默认情况下使用 AES-128 来保护设备间通信。调试则使用支持 ECJ-PAKE 的标准 DTLS。
• 目标应用 | Thread 网络可用于各种家庭自动化设备如灯泡、电子锁等等。Thread 还被设计为可通过任何经Thread 认证的设备进行控制。它可以轻松与任何现有的应用框架集成。
Thread 的潜在缺点
• 吞吐量 | 基于 IPv6 的网络有可能会出现高开销因此 Thread 250Kbps 的吞吐量可能不足以满足现有的 IPv6部署。
• 应用不可知性 | Thread 没有规定一个可互操作的应用框架虽然 Thread 证明了网络互操作性但应用框架互操作性无法得到保证。
6.Wi-Fi Wi-Fi 的优点
• 网络类型 | Wi-Fi 能够支持星型连接带有中央接入点的站点、点对点连接 (Wi-Fi Direct) 和网状网络。Wi-Fi 在大多数家庭和企业环境中都很常见这使得采用这种技术的产品能够非常快速地连接到现有的基础设施。
• 无线稳健性 | Wi-Fi 支持在 2.4GHz 和 5GHz 频带上运行使 Wi-Fi 产品能够灵活地决定它们想要支持的频带。Wi-Fi 能够在 5GHz 频带上运行这使产品能够从拥塞较少的频道中受益从而提高性能。此外高级 PHY 调制方案使 Wi-Fi 能够快速发送数据从而减少传输时间和发生冲突的可能性。
• 安全性 | Wi-Fi 拥有一个活跃的生态系统能不断提高其安全性从而与时俱进并保持稳健抵御黑客的攻击。Wi-Fi 数据在传输之前可以通过全新 WPA3 个人和企业级加密技术进行加密。Wi-Fi 还具有多层安全性因为它具有本地 IP如 TLS。 我们的产品符合一些高级别的安全标准并通过 FIPS 140-2 验证。 要详细了解 WiFi 网络中的安全性请参阅了解 SimpleLink Wi-Fi CC32xx MCU 的安全性特性
• 吞吐量 | Wi-Fi 协议具有可扩展性可支持从边缘节点到网关的各种应用吞吐量要求。 它利用 MIMO多输入多输出支持快速无线 (OTA) 更新和典型的物联网/边缘节点器件吞吐量高达 100Mbps。
• 功耗 | Wi-Fi 协议非常灵活允许电池供电的应用以非常低的平均功率持续连接到网络。它也是同等数据传输位数情况下最省电的方式。
• 目标应用 | Wi-Fi 通常用于消费类、工业和企业应用从而在器件之间以及器件到云实现无线连接。 Wi-Fi 可用于视频监控、HVAC、门禁控制等智能楼宇应用患者监护仪、医疗设备等医疗保健应用智能仪表、太阳能/可再生能源、电动汽车充电等电网基础设施以及更多需要连接到互联网和远程监控的智能产品。 请注意Wi-Fi是应用非常广泛的无线通信标准之一用于在设备与互联网之间进行通信。
Wi-Fi 的潜在缺点
• 功耗 | 除了维持 Wi-Fi 连接的应用要求之外Wi-Fi 网络还包括额外传输/接收周期的开销。校准和 TX/RX 电流可能高于其他技术这使得 Wi-Fi 解决方案依赖于 AA 电池并具有更高的峰值电流消耗。
• 距离 | 由于在更高频率下传输的路径损耗增加5GHz 传输的距离减小了。这也降低了它穿透固体表面如家中的墙壁或天花板的能力。
7.专有 2.4GHz 专有 2.4GHz 的优点
• 网络类型 | 通过专有 2.4GHz 网络您可以灵活地设计点对点、网状或星型网络配置从而灵活地定制自己的无线应用层协议。2.4GHz 的运行频带在世界各地均无需许可这意味着您可以以较低的成本部署应用。
• 功耗 | 专有解决方案可实现最佳的潜在功率优化因为它在自定义数据传输的计时和持续时间方面不受限制。
• 吞吐量 | 它可以实现比大多数无线标准更高的有效数据传输速率因为您可以优化通常与无线协议相关的通信开销。
• 目标应用 | 非常适合定制无线协议应用且与传统 2.4GHz 无线协议应用具有互操作性。
专有 2.4GHz 的潜在缺点
• 标准 | 选择采用专有 2.4GHz 是为了支持与现有标准不同的定制协议。当在不同对等点之间通信时必须定义应用层协议。专有 2.4GHz 协议无法与使用任何其他无线标准的设备进行互操作。
• 距离 | 2.4GHz 网络通常并不提供超长距离如需远距离专有网络请参阅“专有低于 1GHz”。但是您可以选择带有功率放大器 (PA) 的无线设备通过将它们与适当的外部天线配对来延长应用的通信距离。
8.专有低于 1GHz支持 15.4 Stack专有低于 1GHz 的优点
• 网络类型 | 通过专有低于 1GHz 网络您可以灵活地设计点对点、网状或星型网络配置从而灵活地定制自己的无线应用层协议。
• 无线稳健性 | 低于 1GHz 通常也不像 2.4GHz 频带那样拥挤因此可提供更加稳健的无线通信。但是低于 1GHz频带通常为 300MHz 至 900MHz因地理区域而异在设计用于全球部署的产品时需要考虑频带许可问题。有些国家/地区在低于 1GHz 的频率范围内具有无需许可的特定频带。例如915MHz 在美国是一个无需许可的频带但在全球范围内不是。
• 功耗 | 专有解决方案可实现最佳的潜在功率优化因为它在自定义数据传输的计时和持续时间方面不受限制。
• 距离 | 低于 1GHz 频带由于载波较长可以传播较长的距离这使其能够穿透墙壁。但是距离越长数据速率可能就需要越低因为会出现数据丢失现象。此外您可以选择使用功率放大器 (PA)通过将它们与适当的外部天线配对来延长应用的通信距离。
• 目标应用 | 非常适合需要远距离通信的应用如建筑物和工业应用中的仪表、烟雾探测器或温度传感器。
专有低于 1GHz 的潜在缺点
• 标准 | 目前在低于 1GHz 频带内尚没有广泛接受的无线标准。在专有网络中当在不同对等点之间通信时必须定义应用层协议。
• 吞吐量 | 低于 1GHz 可以实现从 5Kbps 到 500Kbps 不等的数据吞吐量因此有效地低于较高频率的数据传输如 2.4GHz。频率越低由于频率带宽的原因可以传输的数据带宽就越低。
9.Amazon SidewalkAmazon Sidewalk 的优点
• 概述 | Amazon Sidewalk 是一个共享网络可帮助 Amazon Echo 设备、Ring 安全设备、室外灯和运动传感器等产品在室内外更好地工作。启用后Sidewalk 可以发挥最终产品的独特优势支持社区中的其他 Sidewalk 设备甚至还有助于实现创新如定位连接到 Sidewalk 的设备。
• 网络类型 | Amazon Sidewalk 是一个星型网络旨在方便地将设备连接到房子周围区域。
• 功耗 | 终端节点中使用的收发器和无线 MCU 部署了流量计中使用的相同低功耗技术允许节点使用 AAA 电池运行数年。
• 吞吐量 | FSK – 50Kbps低功耗蓝牙 2Mbps、1Mbps、500Kbps、125Kbps。数据速率可能会不断演变而 ti 收发器和无线 MCUS 支持各种数据速率。 • 无线稳健性 | 适用于 Sidewalk 的 TI 解决方案使用低于 1GHz 频带和低功耗蓝牙。低于 1GHz 通常也不像2.4GHz 频带那样拥挤因此可提供更加稳健的无线通信。有些国家/地区在低于 1GHz 的频率范围内具有无需许可的特定频带。例如915MHz 在美国是一个无需许可的频带但在全球范围内不是。
• 距离 | Sidewalk 允许终端节点使用其带宽的一小部分连接到相邻的 Sidewalk 电桥这意味着终端节点附近有Sidewalk 电桥时将始终保持连接。
• 安全性 | 这里有不同的安全级别可保护客户数据和隐私。有关更多详情可参阅此 Amazon 白皮书。
• 目标应用 | 应用不受限制包括智能家居、湿度传感器、车库门锁、泄漏和温度传感器、宠物跟踪器、家居安全等等。
Amazon Sidewalk 的潜在缺点
• 全球支持 | 如今Sidewalk 侧重于美洲 ISM 频带。
10.Matter基于 IP 的家庭互联项目 (CHIP)Matter基于 IP 的家庭互联项目 (CHIP)的优点
• 网络类型 | Matter (Project CHIP) 是一个应用框架旨在通过多种基于 IP 的无线技术如 Thread 或 Wi-Fi运行并使用低功耗蓝牙来轻松配置。它旨在与各种现有的家庭或楼宇自动化生态系统如智能扬声器或传感器互
操作并连接到万维网。
• 功耗、吞吐量、距离、无线稳健性| 这取决于所使用的底层基于 IP 的无线技术。
• 安全性 | 每个设备都需要身份验证和设备证明从而确保设备未被篡改。
• 示例应用 | 门锁、恒温器、温度传感器、照明开关和更多互连的家居自动化设备
Matter 的潜在缺点
• 设备要求 | 高内存要求
11.MIOTY MIOTY 的优点
• 概述 | MIOTY 技术是一种新的低功耗广域网 (LPWAN) 解决方案是基于 ETSI 103 357 的真正标准化技术。MIOTY 实现了低于 1GHz 的远距离通信并通过创新的电报分离功能提供稳健的网络。 电报分离功能还支持 MIOTY 将单个基站上的设备扩展至数以千计。 目标应用包括超低功耗传感器器件如计量传感器和环境/工业监控传感器。
• 网络 | MIOTY 是包含 10,000 多个节点的星型网络。
• 功耗 | MIOTY 用于超低功耗应用。 使用 MIOTY您可以实现 15 余年以上的电池寿命。
• 吞吐量 | MIOTY 的数据速率非常低只有 400Bps但通信距离很长。
• 距离 | MIOTY 在远距离通信方面表现出色城市环境为 5 千米农村可达 15 千米。
• 示例应用 | MIOTY 非常适合需要较低数据速率的应用。 在智能电网领域流量燃气和水表就是一个很好的例子。 资产跟踪是另一个 MIOTY 非常适合的应用。 此外在智能农业领域的应用也日益广泛 这包括环境和土壤监测器、农场资产跟踪和灌溉控制等应用。
MIOTY 的潜在缺点
• 吞吐量 | MIOTY 不适用于需要较高吞吐量的应用例如电子仪表。
12.Wi-SUN® Wi-SUN 的优点
• 概述 | Wi-SUN® 是基于标准的具有跳频功能的网状网络。Wi-SUN 联盟拥有来自 46 个国家/地区的 300 多个成员在全球部署了 1 亿多台设备。Wi-SUN 支持 IPv6 协议组和基于标准的多层安全性。该标准支持多种数据速率和频带可满足全球不同的监管要求。应用包括智能电网和智能城市应用且经认证的产品支持多供应商互操作性。
• 网络类型 | Wi-SUN 是一个网状网络在这种网络中单个边界路由器通常支持数百个节点。可以使用相同的网络名称部署多个边界路由器还可通过配置不同的 PAN ID 或不同的网络名称将网络扩展到数千个节点。多个边界路由器还可以提高整个网络的稳健性。
• 距离 | 典型的 Wi-SUN 网络将覆盖多达几平方千米的市区跃点数为 5 - 10 个。Wi-SUN 1.0 标准最多允许 24 个跃点或级别。
• 功耗 | Wi-SUN 1.0 网络中的所有节点都是路由器不适用于电池供电。该标准的未来版本也将支持电池供电的设备。
• 安全性 | Wi-SUN FAN 1.0 支持基于 IEEE 802.1x 规范的出色网络安全性。它使用带有 x.509 证书的公钥基础设施并且 Wi-SUN 网络上的每个设备都会有自己的唯一证书。设备身份证书可以从 Wi-SUN 联盟批准的第三方认证机构 (CA) 获得也可以使用制造商 CA。
• 示例应用 | Wi-SUN 产品在智能计量领域的应用最为广泛但在智能城市领域的应用如街道照明也在增长。Wi-SUN 非常适合需要长射频传输范围、良好安全级别和大量节点的任何智能城市应用。
Wi-SUN 的潜在缺点
• 功耗 | Wi-SUN FAN 1.0 标准只支持始终开启的路由器这对电池供电的设备来说是一个挑战。该标准的未来目标也是支持靠电池供电来运行的休眠节点。
• 安全性 | Wi-SUN FAN 1.0 需要使用安全证书在不需要高级别安全性的应用中这会增加开销。
13.无线 M-Bus 无线 M-Bus 的优点
• 概述 | 无线 M-Bus (wM-Bus) 是关于无线抄表的欧洲标准。整个欧洲大陆的主要计量公司都在广泛采用该标准如果欧洲目前安装了无线仪表或热量分配表则很可能正在使用该标准。它在欧洲多个国家/地区已部署了 15 余年。wM-Bus 基于欧洲标准 (EN) 13757-4涵盖仪表和数据收集器也称为网关之间的通信规范。
• 网络 | wM-Bus 是最多包含 1,000 个节点的星型网络 (LPWAN)。这是为了覆盖社区和城市以进行抄表。
• 功耗 | wM-Bus 的设计旨在实现低功耗。由于计量设计的性质大多数 wM-Bus 设备都靠锂电池供电来运行。
• 吞吐量 | wM-Bus 堆栈支持各种吞吐量这些是由不同模式定义的。固定 (S) 模式适用于每天只需要发送几次数据的仪表。频繁传输 (T) 模式适用于每天发送大量数据的情况。紧凑 (C) 模式可处理数据速率更高的情况。这三种模式在 868MHz 下运行。C、S 和 T 模式支持 32Kbps 到 100Kbps。如果您不需要高数据速率但您的网络分布在很广的区域那么解决方案是 169MHz 的窄带网络。N 模式有时称为窄带模式支持 2.4Kbps 到19.2Kbps。
• 距离 | wM-Bus 提供几千米的网络覆盖范围。
• 示例应用 | wM-Bus 专为无线计量市场而设计。无线仪表包括水表、燃气表和电表。wM-Bus 也经常用于热量分配表。
wM-Bus 的潜在缺点
• 全球支持 | 目前wM-Bus 主要部署在欧洲国家/地区所以如果您不在欧洲它在您所在的地区可能并不常见。
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