浅谈常用的无线网络协议,以及华为星闪技术(Near Link)
采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。星闪技术简单来说相比蓝牙技术,Bit能耗降低60%、传输速率提升6倍,且具备更低时延,更稳定连接抗干扰能力,传输时延缩短至1/30、抗干扰提升7dB、覆盖距离提升2倍,连接数提升10倍。以上各种无线网络技术错综复杂且各有各的特点,而华为发布的星闪技术(Near Link)是集合了部分技术的特长而产生的一项技术,着重应用于物联网,而更新迭代则由星闪联盟
一、 WiFi:
WiFi技术是最广泛应用的无线局域网技术,主要特点如下:
标准:
- IEEE 802.11标准定义了WiFi技术的物理层和数据链路层协议规范。
- 主流标准包括802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac。提供不同速率的数据传输。
工作频段:
- 802.11b/g使用2.4GHz频段,802.11a使用5GHz频段。802.11n可以支持双频。
传输速率:
- 802.11b支持11Mbps;802.11g支持54Mbps;802.11n支持600Mbps;802.11ac支持1Gbps。
工作模式:
- 基础服务集(BSS)模式、独立基础服务集(IBSS)模式、微型基础服务集(MBSS)模式。
接入方式:
- 基础服务点(AP)模式、Ad-Hoc模式、WiFi Direct模式支持设备直接连接。
安全标准:
- WEP、WPA/WPA2加密标准保证连接安全。
应用场景:
- 家庭和小型办公场景;手机WiFi;热点等。
优点:
- 传输速率快,覆盖范围大;兼容性好;部署简单等。
二、 蓝牙(Bluetooth):
- IEEE 802.15.1标准定义的无线个人区域网络协议。支持低功耗短距离连接。是一种短距离无线通信技术,主要特点如下:
标准:
- 蓝牙技术标准由蓝牙特别兴趣组织(Bluetooth SIG)制定和维护。
- 主流标准版本包括蓝牙1.0/1.1/1.2/2.0/3.0/4.0/4.1/4.2/5.0等。
工作频段:
- 蓝牙设备使用2.4GHz工业科学医疗频带进行通信,占用79个信道,每个信道宽度1MHz。
传输速率:
- 蓝牙1.0-2.0速率为1Mbps,蓝牙2.1速率为2-3Mbps,蓝牙3.0速率为24Mbps,蓝牙4.0速率为25Mbps。
连接方式:
- 点对点连接,主要有SCO、eSCO和ACL三种连接类型。
最大连接设备:
- 蓝牙1.0-2.0支持7个设备同时连接,蓝牙3.0支持255个设备。
应用场景:
- 耳机、打印机、鼠标、手表等个人设备短距离连接。
优点:
- 低功耗,传输距离短小于10米,部署简单等。
此外,蓝牙还定义了 profiles规范各种应用场景下的通信细节,例如A2DP音频传输profile。通过不断升级,蓝牙技术已广泛应用于个人电子产品连接。
三、 Zigbee:
ZigBee,也称紫蜂,是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
主要特点如下:
标准:
- Zigbee标准由Zigbee联盟制定和维护,最新版本为3.0。
工作频段:
- Zigbee设备主要使用2.4GHz频段进行通信,占用16个信道,每个信道宽度2MHz。也支持868MHz和900MHz频段。
传输速率:
- Zigbee1.0速率为20-40kbps,Zigbee2007速率为250kbps,Zigbee3.0速率最大可达2Mbps。
网络拓扑:
- Zigbee支持星型、树型和网格型网络拓扑,网络规模可达65535个节点。
连接方式:
- 采用CSMA-CA机制,支持点对点和广播传输。
功耗特点:
- 节点工作电流为10μA级,休眠模式下电流为nA级,续航期可达数年。
安全特性:
- 提供AES-128加密算法保证通信安全性。
应用场景:
- 智能家居、工业自动化监控、医疗健康等需低功耗长距离通信的场景。
优点:
- 低功耗、长距离传输、支持大规模网络等。
扩展功能:
-
Zigbee3.0版本增加了IPv6支持,可与Internet直接连接;
-
支持 Mesh网络功能,实现信号覆盖范围的扩大。
所以通过其技术优势,Zigbee广泛应用于物联网领域各类传感器网络的构建。与Wi-Fi和蓝牙不同,Zigbee更适用于低功耗长时间工作的场景。
四、 LoRa:
LoRa是semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准,其名称“LoRa”是远距离无线电(Long Range Radio),它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远,实现了低功耗和远距离的统一,它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。
主要特点:
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工作频段:LoRa使用868MHz、900MHz和433MHz等低频段通信,覆盖范围大。
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传输速率:LoRa的传输速率较低,在0.3-50kbps之间,但支持长距离通信。
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传输距离:视环境不同,LoRa信号可以传输1-5km,在城市环境下也可达2km。
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网络拓扑:LoRa支持星型、网格和混合网络结构。
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低功耗:LoRa节点在深度休眠状态下每月仅消耗2个AA电池。
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传输安全:LoRa采用LoRaWAN标准,支持AES-128加密算法。
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设备成本低:LoRa模块成本很低,适用于低成本长距离通信应用。
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兼容性好:LoRaWAN标准开放,不同厂商设备可以互联互通。
主要应用场景:
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智慧城市建设:环境监测、水表监测等
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工业监控:管网监测、设备监测等
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物流跟踪:货物和资产定位
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农业监测:土壤湿度监测、温室环境监测
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其他:智能电表、智能家居等
所以LoRa通过其长距离低功耗的特点,广泛应用于物联网领域的长距离低频通信场景。
五、 NB-IoT:
窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。 [1]
NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年,同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
主要特点:
1. 工作频段: NB-IoT可以在现有2G/3G网络频段内通过频分多址的方式独立工作,如GSM、WCDMA频段。
2. 带宽低:NB-IoT单个信道带宽为180kHz,比LTE更低,适用于低速通信。
3. 传输距离:理论上可以达到15km以上,实际应用中一般为3-10km。
4. 低功耗:节点深度睡眠可以续航10年,有利于大规模低成本部署。
5. 连接密度高:单个基站支持上万个设备连接。
6. 传输速率低:每秒250字节左右。
7. 通信安全:支持TLS/DTLS等安全通信标准。
8. 兼容2G/3G网络:可以直接在现有网络基础设施上实现部署无缝升级。
主要应用场景:
- 智慧城市建设:水表监测、环境监测等
- 工业互联网:设备监控、状态采集等
- 物流和运输:货物跟踪定位
- 智能农业:土壤监测、温室监控等
所以NB-IoT通过充分利用现有2G/3G网络,实现了大规模低成本的物联网连接,适用于大规模低速通信和长期监测类应用。
六、 Sigfox:
Sigfox公司在全球部署低功耗广域网(LPWA),提供物联网(IoT)连接服务,用户设备集成支持Sigfox协议的射频模块或者芯片,开通连接服务后,即可连接到Sigfox网络。
主要特点:
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工作频段:Sigfox使用专有的频段868MHz(欧洲)和915MHz(美国)进行通信。
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带宽低:单个信道带宽仅100Hz,比NB-IoT和LoRa低很多。
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传输速率低:每秒可以传输140字节数据,速率为100bps。
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传输距离:视环境不同,理论距离为30-50公里,实际3-10公里。
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低功耗:单次通信耗电低,10年续航也成立。
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连接密度高:单个基站支持超过1 million个设备连接。
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无回复通信:设备向基站发送数据后不需要应答,大大减少通信时间。
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费用低廉:Sigfox采用“软件定义网络”模式,部署和维护成本低。
应用场景主要包括:物流追踪、环境监测、工业设备监控等低数据量的长距离通信场景。
通过极低带宽和传输速率,Sigfox实现了大范围低功耗连接,适用于大规模低成本物联网部署。
七、 移动通信:
移动通信(mobile communications) 沟通移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信方式。
通信双方有一方或两方处于运动中的通信。包括陆、海、空移动通信。采用的频段遍及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由移动台、基台、移动交换局组成。若要同某移动台通信,移动交换局通过各基台向全网发出呼叫,被叫台收到后发出应答信号,移动交换局收到应答后分配一个信道给该移动台并从此话路信道中传送一信令使其振铃。
(更多信息看往期移动通信技术相关内容)http://t.csdnimg.cn/LPYkd
八、 WiMAX:
全球微波接入互操作性(World Interoperability for Microwave Access,WiMAX),WiMAX的另一个名字是802.16。
IEEE802.16标准,又称WiMAX,或广带无线接入(Broadband Wireless Access,BWA)标准。它是一项无线城域网(WMAN)技术,是针对微波和毫米波频段提出的一种新的空中接口标准。它用于将802.11a无线接入热点连接到互联网,也可连结公司与家庭等环境至有线骨干线路。它可作为线缆和DSL的无线扩展技术,从而实现无线宽带接入。
主要特点:
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工作频段:WiMAX支持2-11GHz频段,主要有2.3GHz、2.5GHz、3.5GHz和5.8GHz等频段。
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传输距离:视频段和环境条件不同,理论距离可达50公里,实际应用一般为10-15公里。
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传输速率:支持1-1.5Mbps的移动速率,静态状态下可以达到70Mbps。
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网络拓扑:支持点对点连接和点对多连接,通过基站建立广域网覆盖。
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网络接入:支持无线和有线两种接入模式,用户可以自由选择。
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服务质量:提供类似DSL或Cable的QoS保证能力。
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兼容性:采用开放标准,与其他系统具有良好的兼容性。
主要应用场景有:城域网建设、临时网络建设、灾后重建、农村宽带接入等。
通过微波无线传输技术,WiMAX可以在宽频段提供宽带接入,实现与有线网络同等的服务,适用于广域网的建设。
以上各种无线网络技术错综复杂且各有各的特点,而华为发布的星闪技术(Near Link)是集合了部分技术的特长而产生的一项技术,着重应用于物联网,而更新迭代则由星闪联盟(Spark Link)的众成员共同去一起去完成,这一技术必然会在国内大放异彩,甚至是走向国际。
星闪技术简单来说相比蓝牙技术,Bit能耗降低60%、传输速率提升6倍,且具备更低时延,更稳定连接抗干扰能力,传输时延缩短至1/30、抗干扰提升7dB、覆盖距离提升2倍,连接数提升10倍。集合了蓝牙和WIFI等传统无线技术的优势,适用于消费电子、智能家居、新能源汽车、工业智造等多种场景。
以上就是关于无线网络协议的全部内容,欢迎大家补充说明。
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