物聯網采用哪些技術傳輸數據呢?

2019-10-23 11:06:44分類:行業資訊389

  隨著萬物互聯時代的到來,物與物之間的連接方式也在不斷發展和更新。 如果說,傳感器是物聯網的觸覺,那么,無線傳輸就是物聯網的神經系統,將遍布物聯網的傳感器連接起來。在物聯網出現以前,網絡的接入需求主要體現在PC、移動終端對互聯網的接入需求。如今,隨著物聯網技術的發展,無線接入不僅僅體現在PC、移動終端對網絡的連接需求,還有工業生產環境下物與物之間的連接需求。

  近距離無線傳輸技術包括WIFI、藍牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC,信號覆蓋范圍則一般在幾十厘米到幾百米之間。近距離無線傳輸技術主要應用在局域網,比如家庭網絡、工廠車間聯網、企業辦公聯網。
 

物聯網
 

  WiFi

  Wi-Fi被廣泛用于許多物聯網應用案例,最常見的是作為從網關到連接互聯網的路由器的鏈路。然而,它也被用于要求高速和中距離的主要無線鏈路。

  WiFi技術并不是為了取代藍牙或者其他短距離無線電技術而設計的,兩者的應用領域完全不同,雖然在某些領域上會有重疊。WiFi設備一般都是設計為覆蓋數百米范圍的,若是加強天線或者增設熱點的話,覆蓋面積將會更大,甚至是整幢辦公大樓都不成問題。

  WiFi無線技術主要為移動設備接入LAN(局域網)、WAN(廣域網),以及互聯網而設計。

  基本上來說,在WiFi標準中,移動設備扮演的是客戶端角色,而服務端是網絡中心設備;與NFC、藍牙技術的兩移動設備互聯互通在點對點(peertopeer)結構上有著巨大的區別。

  支持拓撲結構:星型結構

  使用距離:近、中距離(數百米)

  應用場景:移動設備等

  藍牙Bluetooth

  藍牙是一種通用的短距離無線電技術,藍牙5.0藍牙理論上能夠在最遠 100 米左右的設備之間進行短距離連線,但實際使用時大約只有10米。

  其最大特色在于能讓輕易攜帶的移動通訊設備和電腦,在不借助電纜的情況下聯網,并傳輸資料和訊息。目前普遍被應用在智能手機和智慧穿戴設備的連結以及智慧家庭、車用物聯網等領域中。

  支持拓撲結構:點對點結構

  使用距離:近距離(< 100 m)

  應用場景:移動設備、智慧穿戴設備等

  UWB

  超寬帶UWB是一種無載波通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據,其傳輸距離通常在10M以內,使用1GHz以上帶寬,通信速度可以達到幾百兆bit/s以上,UWB的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6GHz,最小工作頻寬為500MHz。

  其主要特點是:傳輸速率高;發射功率低,功耗小;保密性強;UWB通信采用調時序列,能夠抗多徑衰落;UWB所需要的射頻和微波器件很少,可以減小系統的復雜性。由于系UWB統占用的帶寬很高,UWB系統可能會干擾現有其他無線通信系統。UWB主要應用在高分辨率"較小范圍"能夠穿透墻壁"地面等障礙物的雷達和圖像系統中。

  這種裝置可以用來檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結構中的缺陷,以及定位地下電纜及其它管線的故障位置,也可用于疾病診斷。另外,在救援、治安防范、消防及醫療、醫學圖像處理等領域都大有用途。

  ZigBee

  ZigBee,也稱紫蜂,是一種低速短距離傳輸的無線網上協議,底層是采用 IEEE 802.15.4 標準規范的媒體訪問層與物理層。

  主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。

  傳輸范圍一般介于10~100m之間,在增加發射功率后,亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節點間的距離。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。

  支持拓撲結構:星型、樹形、網狀形結構

  使用距離:近、中距離(10m - 數km)

  應用場景:移動設備等

  NFC

  NFC實質是脫胎于無線設備間的一種“非接觸式射頻識別”(RFID)及互聯技術,是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別工作無須人工干預。

  支持拓撲結構:點對點結構

  使用距離:近距離

  應用場景:掃碼、刷卡等

  遠距離無線傳輸技術包括GPRS、NB-IoT、Sigfox、LoRa,信號覆蓋范圍一般在幾公里到幾十公里。遠距離無線傳輸技術主要應用在遠程數據的傳輸,如智能電表、智能物流、遠程設備數據采集等。

  GPRS

  主要針對工業級應用,是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem,采用GSM/GPRS網絡為傳輸媒介,是一款基于移動GSM短消息平臺和GPRS數據業務的工業級通訊終端。它利用GSM 移動通信網絡的短信息和GPRS業務為用戶搭建了一個超遠距離的數據傳輸平臺。

  相比于短消息服務來說,GPRS是實時在線狀態,而且不需要停止目前工作狀態便可以同時處理多個或者接收多個檢測點的數據。非常適合系統同時采集多個目標點的數據;GPRS不但工作距離遠,同時可以進行系統雙向操作,非常適合一些遠程設備操作和遠程設備升級等應用項目。因為GPRS網絡已覆蓋絕大部分地區,基本不存在盲區,所以不需要單獨建立通信網絡,只需要安裝好設備插入SIM卡,便可以進行網絡通信。

  主要應用于氣象、水文水利、地質等行業。 GPRS實時數據傳輸銀行、證券、保險行業稅務、公安、交警、交通稽查、交通監控工業控制、遙感、遙測、移動辦公。

  NB-IoT

  窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬物互聯網絡的一個重要分支。

  NB-IoT構建于蜂窩網絡,只消耗大約180KHz的帶寬,可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡,以降低部署成本、實現平滑升級。

  NB-IoT的特點是低頻段、低功耗、低成本、高覆蓋、高網絡容量,也被稱作“窄帶物聯網”。

  一個基站就可以比傳統的2G、藍牙、WiFi多提供50-100倍的接入終端,并且只需一節電池設備就可以工作十年。

  支持拓撲結構:星型結構

  使用距離:遠距離(10km以上)

  應用場景:智慧城市、共享單車等

  LoRa

  LoRa的名字就是遠距離無線電(Long Range Radio),它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠,實現了低功耗和遠距離的統一,它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通信距離擴大3-5倍。

  支持拓撲結構:星型結構

  使用距離:遠距離(典型2km - 5km,最高可達15 km)

  應用場景:物流跟蹤等

  在很多場景下,我們需要考慮多重因素,比如客戶數據量、數據傳輸距離、成本等因素。因此,根據場景進行選擇,才是最明智的決定。

  在物聯網領域,大多數傳感器都是嵌入在芯片中,網絡傳輸模塊的能耗低,且功率小,主要以近距離無線連接為主。特別在工廠內部,無數的生產設備、物料和智能終端都需要利用Wifi、藍牙、Zigbee這些近距離無線技術實現互聯。但在有些業務中,近距離無線傳輸無法滿足需求。比如,企業需要對客戶產品的使用狀態進行監控并實時的傳回數據。在重工企業,對遠程設備使用狀態的監控十分重要。因此,需要利用遠距離無線傳輸技術實現數據的回傳。這個時候企業可以選擇3G、4G這樣的蜂窩通信技術,也可以選擇LoRa、Sigfox、NB-IoT這樣的低功耗廣域網傳輸技術。

  不同層次物聯網應用的無線傳輸需求

  第一,高功耗、高速率的廣域網傳輸技術,如2G、3G、4G蜂窩通信技術,這類傳輸技術適合于GPS導航與定位、視頻監控等實時性要求較高的大流量傳輸應用。

  第二,低功耗、低速率的廣域網傳輸技術,如Lora、Sigfox、NB-IoT等,這類傳輸技術適合于遠程設備運行狀態的數據傳輸、工業智能設備及終端的數據傳輸等。

  第三、高功耗、高速率的近距離傳輸技術,如WIFI、藍牙,這類傳輸技術適合于智能家居、可穿戴設備以及M2M之間的連接及數據傳輸。

  第四,低功耗、低速率的近距離傳輸技術,如ZigBee。這類傳輸技術適合局域網設備的靈活組網應用,如熱點共享等。

  目前,物聯網無線傳輸技術的發展趨勢是以低功耗廣域網絡為主。可以預計,在未來的幾年時間,以Lora、Sigfox、NB-IoT為代表的低功耗廣域網絡傳輸技術將逐漸成為物聯網傳輸層連接技術的主流。

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