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你要知道的11項物聯網(IoT)協議 (繁體)

Vincenty
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現在有的通信連接選擇多到幾乎令電子工程師以及做物聯網(IoT)產品和系統的應用程序開發人員眼花繚亂。

許多通信技術是眾所周知的,例如WIFI,藍牙,紫蜂和2G / 3G /4G cellular,但也有一些新興的網絡選項,如執行緒(Thread)為家庭自動化應用的替代,和空白電視技術被更廣泛的應用在主要城市實施以提供更廣泛的物聯網例子。根據不同的應用,有些因素,如範圍,數據要求,安全和電力需求和電池壽命將決定一個選擇或某種形式的技術組合。這些都是一些提供給開發人員的主要通信技術。

 Bluetooth (藍牙)

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一個重要的短距離通信技術固然是藍牙,這已對計算和許多消費產品市場非常重要。它對可穿戴的產品有望成為關鍵,再次通過在許多情況下,智能電話能夠連接到IoT。新的低功耗藍牙(BLE) - 或智能藍牙,因為它現在的品牌 - 是物聯網應用的顯著協議。重要的是,它提供了與普通藍牙相近的傳輸距離,但它更顯著降低功耗。

然而,Smart/BLE不是真的為了用於文件傳輸而設計,但更適合於傳輸微細數據。在更個性化的設備,它比很多技術有一個主要優點,令到其廣泛的集成在智能手機和許多其他移動設備。據藍牙技術聯盟,超過90%的支持藍牙功能的智能手機,當中包括iOS,Android和基於Windows的模型,預計將在2018年成為“智能就緒”(Smart Ready)。

使用藍牙智能功能的裝置為了RF收發器,基帶和協議棧合併了藍牙核心規範版本4.0(或更高版本 - 最新的是4.2版於2014年年底公佈)及附合基本的數據速率和低能量的核配置。重要的是,4.2版通過其互聯網協議支持情景模式將允許智能藍牙傳感器通過6LoWPAN的連接直接進入互聯網(詳見下文)。這種IP連接使得可以利用現有的IP基礎設施來管理藍牙智能“邊緣”的設備。更多信息關於藍牙4.2可以在這裡可得到和可從RS購買不同的藍牙模塊。

  •  規格:藍牙4.2核心規範
  •  頻率:2.4 GHz(ISM)
  •  範圍:50 – 150 米 (Smart/BLE)
  •  數據速率:1Mbps(Smart/ BLE)

Zigbee (紫蜂)

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ZigBee,有些像藍牙,具有一個大的安裝基礎操作,雖然也許在更傳統的工業環境。在其他可用的ZigBee型材中,ZigBee PRO and ZigBee Remote Control (RF4CE) 基於IEEE 802.15.4協議,它是一種工業標準的無線網絡技術為2.4GHz指定程式,需要在一個禁區和100米範圍內的地方不頻繁地使用低數據速率的數據交換,如在家庭或建築物。

ZigBee/ RF4CE在提供低功耗操作,高安全性,堅固性和高可擴展性高的節點數複雜系統的一些顯著優勢,能夠很好地利用在M2M物聯網和無線應用的控制和傳感器網絡。ZigBee的最新版本是最近推出的3.0,它統一了不同的ZigBee無線標準成一個單一的標準。一個例子產品和套件,用於ZigBee開發是TI公司的ZigBee CC2538SF53RTQT上系統芯片IC和CC2538 ZigBee開發套件。

  • 規格:Zibgee 3.0基於IEEE 802.15.4
  • 頻率:2.4 GHz
  • 範圍:10 – 100 米
  • 數據速率:250kbps

Z-Wave

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Z-Wave是一個低功率射頻通信技術,主要是設計用於家庭自動化的產品,如在許多其他燈控制器和傳感器。優化可靠和低延遲的小數據包的通信數據速率高達100千比特/秒,它在sub-1 GHz頻段運作,在2.4-GHz段中,不會受到WIFI及其他無線技術干擾,如藍牙及Zigbee。它支持全網狀網絡,而不需要一個協調器節點和可擴展的,可以控制達232件裝置。因為Z - Wave使用較簡單的協定,所以它可以更快,更簡單的發展,但相比於其它無線技術如ZigBee,唯一製造商是Sigma Designs。

  • 規格:Z-Wave Alliance ZAD12837/ ITU-T G.9959
  • 頻率:900 MHz(ISM)
  • 範圍:30 米
  •  數據速率:9.6/40/100 kbit/s

6LowPAN

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一個關鍵的IP(互聯網協議)為基礎的技術是6LoWPAN ( IPv6的低功耗無線個人區域網 絡)。而它不是一個物聯網應用協議技術,如藍牙或ZigBee,而6LoWPAN是一個網絡協 議,它定義了封裝和報頭壓縮機制。這標準有頻段的自由和物理層,也可以跨多個通信平 台,包括以太網,WiFi,802.15.4和低於1 GHz ISM。一個關鍵屬性是IPv6的(因特網協 議版本6)協議棧,近幾年已成為一個非常重要的推行,從而令到IoT發展。IPv6是IPv4的繼承者,並為在世界上的每個人提供約5×1028地址,使任何嵌入物體或設備在世界上有自己唯一的IP地址,並連接到互聯網。特別設計用於家庭或建築物自動化,例如,IPv6提供一個基本的輸送機構,以產生複雜的控制系統,並已成本有效的方式經由低功率無線網絡進行設備通信。

它被設計在IEEE802.15.4為基礎來傳送IPv6包及實施開放的IP標準,包括TCP,UDP,HTTP,COAP,MQTT和WebSockets,該標準提供了端與端尋址節點,允許路由器在網絡連接的IP。6LoWPAN是一個強大的,可擴展性的和自愈性的網狀網絡。網狀路由器設備可以為其他設備傳送數據,而主機能夠睡長時間。6LoWPAN的解釋可以在這裡找到,資料由TI提供。

  • 規格:RFC6282
  • 頻率:(改編並通過各種其他網絡媒體,包括藍牙智能(2.4GHz的)或ZigBee或低功耗RF的使用(低於1GHz)
  • 範圍:N/A
  • 數據速率:N/A

Thread

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一個很新的基於IP的IPv6網絡協議針對家庭自動化環境是Thread。基於6LoWPAN的,及相類似的,它不是像藍牙或ZigBee一般的IoT 應用協議。然而,從應用的角度來看,它主要設計為WiFi的補充,因為必需承認,它在家庭自動化設置使用中有限制的,而WiFi在許多消費電子設備都運作得很好。

Thread Group於2014年中期推出,免版稅的協議是基於各種標準,包括IEEE802.15.4(如無線空中接口協議),IPv6和6LoWPAN的,並為物聯網提供了一個彈性的基於IP的解決方案。一些生產現有IEEE802.15.4無線矽膠芯片廠商如飛思卡爾和Silicon Labs,Thread支撐網狀網絡使用IEEE 802.15.4無線收發器和能夠處理多達250個節點與高水平的認證和加密。一個比較簡單的軟件升級應該允許用戶運行在現有的IEEE802.15.4的設備運行線程。

  • 規格:線程, 基於 IEEE802.15.4 及 6LowPAN
  • 頻率: 2.4GHz (ISM)
  • 範圍:N/A
  • 數據速率:N/A

WiFi

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WiFi連接往往是許多開發者的一個顯而易見的選擇,特別是考慮到無線網絡的LAN內的家庭環境中普遍存在,特別是考慮到無線網絡的LAN內的家庭環境中普遍存在。它要求一點進一步的解釋除了陳述明顯,顯然有廣泛現有的基礎設施,以及提供快速的數據傳輸和處理高量數據的能力。

目前,在家庭和許多企業中使用的最常見的WiFi標準是802.11n,它提供了在每秒數百兆位,這是細用於文件傳輸的範圍內嚴重的吞吐量,但也可以是太功率消耗許多的IoT的應用程序。一系列為了構建WiFi為基礎的應用程式的RF開發套件旨在RS可得到。

  • 規格:802.11n(在今天的家庭最常見的用法)
  • 頻率: 2.4GHz and 5GHz bands
  • 範圍:大約 50米
  • 數據速率:最快可達600Mbps,但普遍是150-200Mbps,這取決於使用的頻道的頻率和天線數目(最新802.11 - 交流標準應提供500 Mbps到1Gbps)

Cellular (移動網絡)

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任何物聯網應用程序需要在更長的距離操作能夠利用GSM / 3G/4G通信能力的優勢。而移動網絡能夠發送高數量的數據,特別是4G,費用和功耗對於許多應用會很高,但它可以是理想的基於傳感器的低帶寬數據項目,將發送極低量在互聯網上的數據。在這方面的一個關鍵產品是產品的SparqEE範圍,包括原始微小CELLv1.0低成本開發板和與Raspberry Pi and Arduino 平台共同使用的一系列的屏蔽連接板。

  • 規格:GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G)
  • 頻率: 900/1800/1900/2100MHz
  • 範圍:GSM最遠為35km ; HSPA 最遠為200km
  • 數據速率(下載):35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)

NFC (近場通信)

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NFC(近場通信)是一種技術,允許電子設備之間既簡單又安全的雙向交互,尤其適用於智能手機,讓消費者進行非接觸式支付交易,訪問數碼內容和連接電子設備。本質上,它延伸了感應式卡技術的能力,並且使設備距離小於4厘米共享信息。

更多信息,請點擊這裡

  • 規格:ISO/IEC 18000-3
  • 頻率:13.56MHz (ISM)
  • 範圍:10cm
  • 數據速率:100–420kbps

Sigfox

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另一種寬範圍的技術是Sigfox,這在範圍方面就在WiFi和移動網絡之間。它使用ISM頻段,這是自由而無需獲取許可證來使用,以及在一個很窄的光譜數據傳輸到連接的對象。Sigfox的概念是,很多靠小電池運行及數據傳輸的水平低的M2M應用,則無線網絡的範圍太短而移動網絡是過於昂貴,也消耗太多的功率。Sigfox使用一種稱為超窄帶(UVB)技術,僅設計為每秒處理10到1000比特的低數據傳輸速度。這相比於功耗5000微瓦的移動網絡,它的功耗僅為50毫瓦,一個2.5AH電池提供了20年的待機時間但待機時間移動網絡只有0.2年。

現時已安裝了數萬連接對象,網絡目前正在歐洲各地的主要城市,包括在英國的十大城市繼續推行。網絡提供了一個強大的,節能的,可擴展的網絡,可以與數百萬跨越幾平方公里的區域電池供電設備進行通信,使得它適用於不同的M2M應用包括智能電錶,病人監護儀,安全設備,街道照明和環境傳感器。Sigfox系統採用矽如Silicon Labs公司的EZRadioPRO無線收發器,在低於1GHz頻段下,它提供業界領先的無線性能,擴展範圍和超低的功耗運行的無線網絡應用。

  • 規格:Sigfox
  • 頻率:900MHz
  • 範圍:30-50km (郊區), 3-10km (市區)
  • 數據速率:10-1000bps 

Neul

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與Sigfox概念相似,在1GHz以下頻段運行,Neul利用了段非常小的電視空白頻譜以提供高可擴展性,高覆蓋,低功耗,低成本的無線網絡。系統是基於的愛西尼芯片,它使用白空間無線電存取優質UHF頻譜從而進行通信,由於模擬轉換到數碼電視,頻譜現正可用了。通信技術被稱為無重,這是一個為了IoT而新設計的廣域無線聯網技術,並與現有的GPRS,3G,CDMA和LTEWAN方法有很大程度上競爭。數據傳輸速率可以是每秒幾比特什至100kbps通過相同的單一連結,設備可以消耗兩顆AA電池少於20-30 mA,即是可以使用10-15年。

  • 規格:Neul
  • 頻率:900MHz (ISM), 458MHz (UK), 470-790MHz (White Space)
  • 範圍:10km
  • 數據速率:幾比特 - 100kbps

LoRaWAN

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再次,在某些方面與Sigfox和Neul類似,LoRaWAN針對廣域網(WAN)的應用程序和被設計為提供低功率的廣域網,有一些特徵是為了特別去支援於M2M,智能城市和工業應用的低成本移動安全雙向通信功能。優化低功耗及支援大型網絡中數以百萬計的裝置,數據傳輸速率範圍是從0.3 kbps到50 kbps。

  • 規格: LoRaWAN
  • 頻率:不定
  • 範圍:2-5km (市區), 15km (suburban environment)
  • 數據速率:0.3 kbps – 50 kbps

 

更多关于物联网的信息,请访问我们的IOT 物联网设计中心

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