長距離和低功耗通信的理想選擇 - 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中各種無線連接技術(shù)共存與對比

在某些情況下，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并不是合適的選擇，因為節(jié)點密度太低，因此無法提供有效的故障轉(zhuǎn)移支持。例如，公路或鐵路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要沿著狹長路徑寬間距部署節(jié)點。同樣，校園的外部設(shè)施對于采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來說過于稀疏。在這些環(huán)境中，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合可跨越更遠(yuǎn)距離，因而更可靠，更合適。

Sub-GHz：長距離和低功耗通信的理想選擇

無線傳播與頻率成反比，在低功耗、長距離通信或穿墻能力上，sub-GHz射頻更有優(yōu)勢。對于許多應(yīng)用，433MHz成為2.4GHz的全球替代品(但日本不允許其用于無線應(yīng)用)。基于868MHz和915MHz的設(shè)計可用于美國和歐洲市場。有許多可用的無需授權(quán)或需要授權(quán)的頻段，對于系統(tǒng)集成商來說，既可選擇在某些特定區(qū)域進(jìn)行性能優(yōu)化，或者配合公共事業(yè)公司在廣闊區(qū)域設(shè)計系統(tǒng)。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(wǎng)絡(luò)的整體性能，減少傳輸中的重傳次數(shù)。

第三方和基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?？捎糜趕ub-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(xié)議面臨著一個問題，接口要不斷激活“監(jiān)聽”網(wǎng)絡(luò)中通信。數(shù)據(jù)發(fā)射比數(shù)據(jù)接收消耗更多的能量，但是發(fā)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(xié)議中，接收器不知道消息何時到來。因此不得不保持監(jiān)聽以便不丟失任何數(shù)據(jù)，因此即使沒有消息，接收器也不能完全關(guān)閉能耗。這種情形將限制節(jié)點的電池自主權(quán)，需要對電池定期更換或充電。

Sub-GHz收發(fā)器，例如SiliconLabsSi446xEZRadioPROIC，支持從119MHz-1050MHz的頻率范圍，最大146dB的鏈路預(yù)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(nèi)集成天線分集邏輯算法。通過采用跳頻和時鐘同步技術(shù)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)集成商能夠在協(xié)調(diào)器和終節(jié)點之間實現(xiàn)跨越數(shù)公里的sub-GHz網(wǎng)絡(luò)，同時終節(jié)點采用單電池可運行十年以上。由此系統(tǒng)集成商能夠采用少量協(xié)調(diào)器即能可靠覆蓋特定區(qū)域，并且把終節(jié)點放置在主電源無法連接的地方。

無線共存和云

在無線網(wǎng)絡(luò)世界中，沒有一種“萬能”的解決方案。在大規(guī)模、低功耗網(wǎng)絡(luò)中，不能僅選擇無線網(wǎng)絡(luò)中的某一種形式。Sub-GHz和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)可以很好的共存，因為他們采用不同的無線電頻譜，并且具有獨特的屬性。例如，在校園中，2.4GHzZigBee適用于室內(nèi)自動化系統(tǒng)，而sub-GHz用于戶外燈控?？煽坑行У氖占瘮?shù)據(jù)能力當(dāng)然是最重要的，但是為了真正激發(fā)網(wǎng)絡(luò)潛能，實現(xiàn)所有實時信息的數(shù)據(jù)分析、可視化，以及對移動服務(wù)的訪問，則需要連接到云。

大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通常利用回程系統(tǒng)，把每個子網(wǎng)中收集的信息轉(zhuǎn)換成當(dāng)前大多數(shù)世界信息的中間媒介-互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。在每個收集點，把接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合在標(biāo)準(zhǔn)IP幀中傳輸?shù)母袷?。大多?shù)情況下，使用在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議頭將剝離并進(jìn)行包分析。然后，回程系統(tǒng)能夠把含有源和目的信息的原始數(shù)據(jù)裝配成IP包，而無需維護(hù)傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)開銷。接下來，IP包采用與其他互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包一樣的方式進(jìn)行路由，從而服務(wù)提供商可通過云的服務(wù)，來分析和可視化信息，并且消費者也可以通過平板電腦、筆記本或手機(jī)來管理和操作數(shù)據(jù)。

這是令人激動的時代!無線技術(shù)和低功耗操作的發(fā)展帶給我們諸多便捷，我們可以測量、監(jiān)視和控制我們的環(huán)境，而以前是無法想象的?，F(xiàn)實中無線技術(shù)的使用多種多樣，污水管理和森林火災(zāi)探測一類的應(yīng)用可能仍然處于起步階段，而智能電表、安全和樓宇自動化等應(yīng)用已經(jīng)為商家和消費者帶來效率和便利性。由于不同的技術(shù)各有優(yōu)勢，ZigBee協(xié)議和sub-GHzRF系統(tǒng)為實現(xiàn)高可擴(kuò)展和可靠性的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供理想的解決方案。發(fā)展正在加速，而我們看到的物聯(lián)網(wǎng)才剛剛開始。