物联网中常用的通信技术及其技术规范

WIFI
Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备(如Pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)
技术规范
一个Wi-Fi联接点网络成员和结构站点(Station) ,网络最基本的组成部分。
基本服务单元(Basic Service Set,BSS)是网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态地联结(Associate)到基本服务单元中。
分配系统(Distribution System,DS)。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介(Medium) 逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的,尽管它们物理上可能会是同一个媒介,例如同一个无线频段。
接入点(Access Point,AP)。接入点既有普通站点的身份,又有接入到分配系统的功能。
扩展服务单元(Extended Service Set,ESS)。由分配系统和基本服务单元组合而成。这种组合是逻辑上,并非物理上的--不同的基本服务单元物有可能在地理位置相去甚远。分配系统也可以使用各种各样的技术。
关口(Portal) ,也是一个逻辑成分。用于将无线局域网有线局域网或其它网络联系起来。
这儿有3种媒介,站点使用的无线的媒介,分配系统使用的媒介,以及和无线局域网集成一起的其它局域网使用的媒介。物理上它们可能互相重叠。
IEEE802.11只负责在站点使用的无线的媒介上的寻址(Addressing)。分配系统和其它局域网的寻址不属无线局域网的范围。
IEEE802.11没有具体定义分配系统,只是定义了分配系统应该提供的服务(Service)。整个无线局域网定义了9种服务,
5种服务属于分配系统的任务,分别为,联接(Association),结束联接(Diassociation),分配(Distribution),集成(Integration),再联接(Reassociation)。
4种服务属于站点的任务,分别为,鉴权(Authentication),结束鉴权(Deauthentication),隐私(Privacy), MAC数据传输(MSDU delivery)。
蓝牙,是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA无线耳机笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点话筒驱动通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段igbt散热。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输
技术规范
2009年4月21日,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 ),蓝牙3.0的核心是"Gen
eric Alternate MAC/PHY"(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB,但是新规范中取消了UMB的应用。
作为新版规范,蓝牙3.0的传输速度自然会更高,而秘密就在802.11无线协议上。通过集成"802.11 PAL"(协议适应层),蓝牙3.0的数据传输率提高到了大约24Mbps(即可在需要的时候调用802.11 WI-FI用于实现高速数据传输)。在传输速度上,蓝牙3.0是蓝牙2.0的八倍,可以轻松用于录像机至高清电视、PC至PMP、UMPC至打印机之间的资料传输。
功耗方面,通过蓝牙3.0高速传送大量数据自然会消耗更多能量,但由于引入了增强电源控制(EPC)机制,再辅以802.11,实际空闲功耗会明显降低,蓝牙设备的待机耗电问题有望得到初步解决。事实上,蓝牙联盟也正在着手制定新规范的低功耗版本。
此外,新的规范还具备通用测试方法(GTM)和单向广播无连接数据(UCD)两项技术,并且包括了一组HCI指令以获取密钥长度。
据称,配备了蓝牙2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝牙2.1设备也支持蓝牙3.0。联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝牙3.0解决方案。
蓝牙技术联盟(SIG)周二(2010年4月20日)表示,蓝牙4.0技术规范已经基本成型,预计于第二季度发布。
蓝牙4.0包括三个子规范,即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面,电池续航时间、节能和设备种类上。
拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特
此外,蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺),而蓝牙4.0的有效传输距离最高可达到100米(约328英尺)。
蓝牙4.0实际是个三位一体的蓝牙技术,它将三种规格合而为一,分别是传统蓝牙、低功耗蓝牙和高速蓝牙技术,这三个规格可以组合或者单独使用。SIG首席技术总监(CTO)葛立表示,全新的蓝牙4.0版本涵盖了三种蓝牙技术,是一个“三融技术”,首先蓝牙4.0继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势,同时增加了低耗能蓝牙和高速蓝牙的特点,尤以低耗能技术为核心,大大拓展了蓝牙技术的市场潜力。低耗能蓝牙技术将为以纽扣电池供电的
小型无线产品及感测器,进一步开拓医疗保健、运动与健身、保安及家庭娱乐等市场提供新的机会。
蓝牙4.0已经走向了商用,在最新款的galaxy S4, ipad 4、 MacBook Air、Moto Droid Razr、HTC One X以及台商ACER AS3951系列/Getway NV57系列,ASUS UX21/31系列,iPhone 5S上都已应用了蓝牙4.0技术。虽然很多设备已经使用上蓝牙4.0技术, 但是相应的蓝牙耳机却没有及时推出,不能发挥蓝牙4.0 应有的优势。不过这个局面已经被国内蓝牙领导品牌 woowi 打破,作为积极参与蓝牙4.0规范制定和修改的厂商,woowi已于2012年6月率先发布全球第一款蓝牙4.0 耳机 ---woowi hero。
低耗电蓝牙相关规范
技术规范
典型的蓝牙
低耗电的蓝牙
收腰羽绒服
无线电频率
2.4 GHz
2.4 GHz
距离
10米
10米
空中数据速率
1-3 Mb/s
1 Mb/s
应用吞吐量
0.7-2.1 Mb/s
0.2 Mb/s
Nodes/Active slaves
7-16,777,184高频高压电源
三苯基氢氧化锡无限
安全
64/128-bit及用户自定义的应用层
128-bitAES及用户自定义的应用层
鲁棒性
自动适应快速跳频,FEC,快速 ACK
自动适应快速跳频
延迟(非连接状态)
发送数据的总时间
100 m/s
<6 m/s
政府监管
全球
全球
认证机构
蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)
蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)
语音能力
没有
网络拓扑
分散网
Star-bus
耗电量
1(作为参考)
0.01至0.5(视符使用情况)
Peak current consumption
<30 mA
<15 mA (最高运行时为15 mA)
Service discovery
简介概念
主要用途
手机,游戏机,耳机,stereo audio streaming,
汽车和PC等
手机,游戏机,PC,表,体育健身,医疗保健,
汽车,家用电子等
ZigBee
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术
技术规范
①低功耗。在低耗电待机模式下,2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月,甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较,
蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
TI公司和德国的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee节点。该节点采用Micropelt公司的热电发电机给TI公司的ZigBee提供电源。
②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码,而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。
③低速率。ZigBee工作在20~250kbps的速率,分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。
④近距离。传输范围一般介于10~100m之间,在增加发射功率后,亦可增加到1~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。
⑤短时延。ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需要3~10s、WiFi 需要3 s。
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⑥高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000 个节点的大网。
⑦高安全。ZigBee提供了三级安全模式,包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List, ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。
⑧免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段,915MHz(美国), 868MHz(欧洲), 2. 4GHz(全球) , 。

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