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常见无线通信协议详细介绍

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11 月 16, 2023 #无线通信

本文主要是对目前市场上常用的一些无线通信协议标准进行梳理,帮助大家了解不同无线网络技术的由来和特点。

首先我们来谈谈IEEE 802.15.4。 IEEE 802.15.4 是一项技术标准。 目前常用的无线通信协议大多是基于802.15.4标准规定的底层协议开发的上层协议演变而来。 它规定为低速率无线个域网(LR-WPAN)提供物理层和媒体访问控制,并由 IEEE 802.15 工作组维护,该工作组于 2003 年定义了该标准。它是 Zigbee 的基础,以及诸如ISA100.11a、WirelessHART、WIA-PA、6LoWPAN 和 SNAP 均通过开发 IEEE 802.15.4 中未定义的上层进一步扩展了标准。 与上述协议标准类似,Lora是在IEEE802.15.4g标准的基础上对上层标准的扩展定义,而IEEE802.15.4g则在IEEE802.15.4的基础上调整了物理层和MAC层。 另外,wifi是一种基于IEEE802.11b标准的无线局域网技术,通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。 IEEE 802.15.1是IEEE制定的蓝牙无线通信规范标准,用于无线个域网(WPAN)。 可以说,最初的IEEE802.15.1源自蓝牙规范,完全兼容蓝牙1.1。

接下来我们详细聊聊目前在工业物联网和消费电子领域广泛应用的几种无线技术,包括ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、蓝牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T 。

ZigBee 是一种基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗 LAN 协议。 根据国际标准,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。 其特点是短距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。 主要适用于自动控制和远程控制领域,可嵌入各种设备中。 ZigBee协议从下到上分为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。 在工业领域的典型应用是,我国油气田生产物联网自动化采集控制设备规范规定物理层、链路层、网络层采用ZigBee通信协议,应用层通信采用A11 -GRM通信协议。

WirelessHART是第一个专为过程工业设计的开放式、可互操作的无线通信标准,满足工业工厂对可靠、强大且安全的无线通信的迫切需求。 作为HART7技术规范的一部分,除了保持现有HART设备、命令和工具的功能外,它还为HART协议添加了无线功能。 国际电工委员会于2010年4月批准并发布了完全国际化的WirelessHART标准IEC 62591(Ed.1.0),这是过程自动化领域无线传感器网络的第一个国际标准。 该网络还采用运行在2.4GHz频段的无线电IEEE802.15.4标准,并采用直接序列扩频(DSSS)、用于安全可靠通信的信道跳频、时分多址同步和延迟控制通信等技术网络上的设备之间。 WirelessHART标准协议主要应用于工厂自动化和过程自动化领域,以高可靠性、低功耗、低成本填补了工业无线通信市场的空白。 典型应用 以艾默生为例。 自2010年开始供应WirelessHART兼容产品,从压力、流量、液位、温度、振动、pH测量等仪表变送器到网关节点等,逐步拥有齐全的产品系列。 无线工业仪表产品系列。

WIA-PA标准是具有我国自主知识产权、符合我国国情、适合行业应用的无线标准体系。 2008年10月,该标准获得了国际电工委员会(IEC)所有成员国96%的选票,成为与无线HART同时认可的两个国际标准化文件之一。 WIA-PA同样基于IEEE802.15.4标准,通信速率250kbps,频段2.4GHz,工业室内通信距离200m,室外环境可达800m,数据可靠性大于99%,自适应跳频技术、避免干扰、冗余路由技术、自组织修复网络。 同时支持HART命令,兼容WirelessHART标准。 典型应用为国内辽河油田、吉林油田、大庆油田、新疆油田等现场与中科院沉阳自动化研究所提供技术支持并参与合作的远程油井监控系统。

LoRa 是 semtech 创建的低功耗 LAN 无线协议。 它基于 IEEE 802.15.4g 标准。 其最大特点是在相同功耗条件下比其他无线方式传输距离更远,实现低功耗、远距离通信。 统一后,在相同功耗下,比传统射频通信扩大距离3-5倍。 Lora的工作频率在ISM频段,包括433、868和915 MHz。

WiFi俗称无线宽带,也称为802.11b标准。 它工作在2.4GHz或5GHz频段,最高传输速率为11Mbps,网络覆盖范围可达300m。 它适合在办公室和建筑区域使用。 由于WiFi技术的结构与以太网完全相同,因此可以将WLAN集成到现有的宽带网络中,现有的宽带业务也可以集成到WLAN中,从而可以利用现有的宽带有线接入资源,并快速部署WLAN网络,形成无缝覆盖。

蓝牙是短距离无线通信的技术规范。 其最初的目标是取代掌上电脑、手机等各种数字设备上现有的电缆连接。 蓝牙规范制定之初就确立了全球统一的目标,向全球公开发布工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频段。 从目前的应用来看,蓝牙体积小、功耗低。 其应用不限于计算机外围设备,可以集成到任何数字设备中,特别是不需要高数据传输速率的移动设备。 蓝牙有几个主要特点。 首先,它在全球范围内适用,无需申请许可证。 其次,它可以同时传输语音和数据。 第三,它可以建立临时的点对点连接。 第四,具有良好的抗干扰能力。

窄带物联网(NB-IOT)是国际移动通信标准化组织针对日益旺盛的物联网需求制定的新的蜂窝物联网标准(CIOT)。 这个新标准必须实现超级覆盖和超低功耗。 ,超低成本,超大连接。 NB-IOT是一种空中接口标准,主要用于终端与基站之间的协议,包括物理层和数据链路层的一些设计规定。 NB-IoT 构建在蜂窝网络上,仅消耗约 180kHz 的带宽。 可直接部署在GSM网络、UMTS网络或LTE网络上,降低部署成本,实现平滑升级。

BeeLPW-T是BeeLPW-T基于IEEE802.15.4标准,专注于工业场景开发的无线通信协议。 具有同步精度高、功耗低、网络自恢复等优点。 大容量的同步网络节点数和多跳能力,可以为工业现场的网络覆盖和节点架设提供强大的网络协议支持。 该协议具有天然的物联网基因,能够以更好的功耗将传感器的传感层数据传输到云端,比上一代产品效率提高近四倍。