無線網絡技術核心特性和能力2020-06-17

無線網絡技術核心特性和能力

  Wi-Fi是基于2.4GHz頻段的通信技術,其擅長在兩節點之間快速傳輸大量數據,但同時消耗能量高,并且在星型配置中,每個AP在不超過15-32個客戶端。

  Bluetooth是另一種2.4GHz技術,其針對便攜式設備,主要作為點對點的解決方案,僅支持幾個節點。

  ZigBee與Bluetooth和Wi-Fi共享相同的無線頻譜,但僅用于滿足低功耗無線傳感器節點的特殊需求


ZigBee:無線網狀網絡的優化解決方案

  ZigBee基于全球標準,是一個的無線網狀網Z絡技術。與傳統的網絡架構不同,例如星型和點對點,網狀網絡采用最低成本節點為建筑物內的所有提供可靠覆蓋(參見下圖中網絡拓撲結構選項對比)。ZigBee采用動態、自主的由協議,基于AODV(Ad Hoc On-demand Distance Vector)的由技術。在AODV中,當一個節點需要連接時,他將一條由請求報文,其他節點在由表中查找,如果有到達目標節點的由,則向源節點反饋,源節點挑選一條可靠、跳數最小的線,并存儲信息到本地由表以便用于未來所需,如果一條由線失敗,節點能夠簡單的選擇另一條替代由線。如果源和目的地之間的最短線由于墻壁或多徑干擾而被阻塞,ZigBee能夠自適應的找到一條更長但可用的由線。

Sub-GHz:長距離和低功耗通信的理想選擇

  無線與頻率成反比,在低功耗、長距離通信或穿墻能力上,sub-GHz射頻更有優勢。對于許多應用,433MHz成為2.4GHz的全球替代品(但日本不允許其用于無線應用)。基于868MHz和915MHz的設計可用于美國和歐洲市場。有許多可用的無需授權或需要授權的頻段,對于系統集成商來說,既可選擇在某些特定區域進行性能優化,或者配合公共事業公司在廣闊區域設計系統。在這種多樣化中,與2.4GHz頻段相比,sub-GHz頻段頻譜干擾更少。干擾較少的頻段能提高網絡的整體性能,減少傳輸中的重傳次數。

  第三方和基于標準的網絡協議棧可用于sub-GHz射頻,但許多廠商仍選擇專用解決方案來針對其特定需求。許多無線協議面臨著一個問題,接口要不斷激活 “”網絡中通信。數據發射比數據接收消耗更多的能量,但是發射是短暫的,并且有長時間間隔,因此長期平均能耗通常更低。在許多無線協議中,接收器不知道消息何時到來。因此不得不保持以便不丟失任何數據,因此即使沒有消息,接收器也不能完全關閉能耗。這種情形將節點的電池自主權,需要對電池定期更換或充電。

  Sub-GHz收發器,例如Silicon Labs Si446x EZRadioPRO IC,支持從119MHz-1050MHz的頻率范圍,最大146dB的鏈預算,以及休眠模式下僅需50nA電流消耗。為了減輕多徑衰落的影響,EZRadioPRO芯片支持雙天線,并在芯片內集成天線分集邏輯算法。通過采用跳頻和時鐘同步技術相結合的方法,系統集成商能夠在協調器和終節點之間實現跨越數公里的sub-GHz網絡,同時終節點采用單電池可運行十年以上。由此系統集成商能夠采用少量協調器即能可靠覆蓋特定區域,并且把終節點放置在主電源無法連接的地方。

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