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裸片初长成(高级)

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物聯網中所需的低功耗無線傳輸技術 [复制链接]





    物聯網中主要採用的是無線聯網技術,但根據適用範圍與所需的傳輸效率之差異,也出現了多種無線傳輸技術。而在推廣已久的智慧家庭環境中,主要採用的是低功耗無線傳輸技術,因為此類技術雖然傳輸距離短,但是能夠降低能源使用量,成本也較低廉,嵌入智慧家庭的諸多設備中也不會造成太大的影響,因此低功耗無線傳輸技術成為物聯網應用中重要的一環。


    低功耗無線傳輸技術顧名思義所使用的能量極少,大多都在 15mA以下,使用一般電池都可以長達數月甚至一年才需要更換,因此應用範圍相當高,特別是安裝在智慧型家電上。


ANT提供的是無須關注及處理的實體、網路及傳輸層工作。
使用者可以自己處理上層的應用層及安全問題。同時AN
T也是一項很容易以SOC實現的協議,更增加各種裝置的
便利性





   
低功耗藍牙大幅精簡了資料連結層的內容,並且只
有在需要啟動時才會發送更上層的資訊,平時則維持
閒置狀態,因此可以有效節省能耗,延長電池使用時間。



    目前主要的低功耗無線傳輸技術包含:Zigbee、低功耗藍牙、RFID、NFC、ANT Wireless等。這些技術並非擁有決定性的獨佔優勢,相反的,依據其需求、傳輸資料量、傳輸距離或是安全性等,則會有不同的相對優勢與選擇。


    舉例來說,目前的當紅炸子雞—穿戴式感測產品絕大部分是採用 ANT 與低功耗藍牙協定;與個人識別及金融有關的則傾向使用RFID;而在手機上則普遍加入藍牙及NFC等作為短距離傳輸的通訊協定。




智慧家庭的強者:Zigbee


     Zigbee 最先是由美國 Honeywell 公司所推出的,所採用的則是點對點(ad-hoc)網路標準,特點就是採用 Zigbee 的設備能夠自行組成網路。而在其帶頭建立的 Zigbee Alliance 於 2001 年提案將 Zigbee 納入 IEEE 802.15.4 標準規範中後,於 2005 年正式發佈 Zigbee 1.0 工業規範,就逐漸成為業界中廣泛採用的短距離傳輸技術之一。


    Zigbee 家族中還有許多標準,包含了遠端控制、燈光連結、家庭自動化、智慧能源、健康照護、建築自動化甚至是綠能等,分別定義了智慧家庭中不同範圍與用途的傳輸規範。而 Zigbee 聯盟預定於今年(2015)推出 3.0 版本,主要是改變 Zigbee PRO 標準的日後發展,但不會影響其他 Zigbee 標準。但不可否認的,此項標準改變,可能是為了因應由 Google 為首所推出的 Thread 傳輸標準,但此項整合與變革,還是會替未來同陣營的廠商帶來一定的效益。


    Zigbee 之所以能夠受到眾多廠商的青睞,主要是技術上有多項優勢,包含高安全性、低功耗及組網能力強大,因此包含家電業者、IT廠商、照明廠商等,都願意一同投入此陣營中,進而在智慧家庭環境中可以發揮出最大優勢。但相對的缺點也極為明顯,諸如產品開發難度大、週期較長而生產成本也較高,因此雖然技術與優勢頗有吸引人之處,但在市場上的動力卻顯著不足。




後起之秀的黑馬:Thread


    另一項同樣採用 IEEE 802.15.4 標準規範的技術即是 Thread。Google 在併購了 Nest Labs 之後,便持續開發可讓物聯網裝置可以互相溝通的協定,不但是為替自己在物聯網中爭取一席之地,也為了各項採用 Andriod 作業系統的設備連接做準備,而他們所推出的協定即是 Thread。


    在 2014 年所成立的物聯網聯盟「Thread Group」成員包含了Google、Nest Labs、三星電子、ARM、Freescale Semiconductor、Silicon Labs、Big Ass Fans 及 Yale Security 等廠商,雖說廠商數量不多,但個個來頭不小,隱然與 Intel 為首的 OIC 及 Qualcomm 主導的 AllSeen Alliance 相抗衡。


    Thread 所採用的架構方式為網狀(mesh),並將整個網路區分成設備本體(Host)、中間層(Router)及核心層(Border Router)三大區域。Thread 作為 Zigbee 最大的競爭對手,最主要的特色就是簡單、安全及延展性高。


    Thread 的架構中採用 IPv6 建立核心區域,藉此能夠提高安全性及可支援的設備數量。由於 IPv6 原生即納入 AES 加密演算法,因此提供相當強固的安全性。而在連接設備本體的部分則採用 IEEE 802.15.4 標準,透過此一方式能夠直接導入適合智慧家庭用的網狀連線,傳輸距離遠且支援數量都較點對點網路來的多,更重要的是透過 IEEE 802.15.4 標準,Thread 架構可以直接相容 Zigbee 的產品,因而增加了 Thread 的競爭力。


    話雖如此,Thread 並沒有辦法全面取代 Zigbee,最主要的原因就是 Zigbee 中包含了多種不同標準,而 Thread 目前最能取代的部分,當屬同樣負責智慧家庭通訊規範的 Zigbee Home Automation。




運動、健身及醫療保健設備為主的ANT/ANT+


    ANT無線傳輸技術則是由 Dynastream Innovations所開發主導。此協定主打的則是個人區域網路(PAN)使用,傳輸速度並不快,僅有 20Kbps;採用自適應同步網路架構,因此各裝置在傳輸時不會受到其他訊號干擾。


   ANT在開發之時即以超低耗電為主要特性,使用一般鈕釦電池就能夠維持一年以上的使用壽命,目前普遍應用在運動健身、醫療保健及穿戴式裝置之上,能夠減少裝置因顧及電池續航力所可能造成的體積與重量問題。


   雖然ANT技術是自行開發的標準,但由於應用範疇相當明確,推出迄今已經成為運動與醫療領域中結合感測器並即時傳輸資料的首選,超過千萬台裝置都採用 ANT 協定互相傳遞資料,形成此範疇中的實質標準。目前在 ANT+ Alliance網站上列出可支援ANT+標準的產品已經超過500項,數量還在不斷增加中。


    相較於低耗電藍牙而言,ANT最大的優勢還是在於採用ANT的裝置不需要大容量的記憶體,僅需要2KB左右的記憶體空間即可裝載整個協議,這也是非開放標準的優勢。


    另外ANT發展到現在已經制訂各種運動用感測氣的應用規範,加上能以免費授權方式開發支援ANT的產品及軟體,也因此讓採用ANT的廠商數量不斷成長,相關應用也不斷出現。




沈潛許久的低功耗藍牙


    藍牙通訊協定可說是耳熟能詳的通訊協定,幾乎用過智慧型手機的人都使用藍牙傳輸資料,或連結週邊裝置過。不過,在使用藍牙的過程中,其耗電量及重量常常是讓人不願繼續使用的重要因素。


    但其實早在2001年,Nokia便已著手進行低功耗藍牙的研發,但一直到 2007 年才達成協議,併入藍牙的標準之中並正式定名為低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy;BLE)。不過一直到2013年Andriod 4.3版正式支援藍牙4.0的Smart Ready技術之後,才全面打開了BLE進入市場的大門。


    為了達到低功耗的目標,在BLE中大幅度精簡了連接層(Link Layer)的設計,讓連結建立時間縮短,同時讓晶片盡量保持在閒置狀態,只有在需要收送資料的數毫秒內才會喚醒並啟動,相較於傳統藍牙的機制,整個循環得以縮短到十多倍。


    相較於以運動、醫療為主的ANT,BLE更傾向是以ICT產品為出發點,試圖掌握資訊產品的通訊網路。由於藍牙本身具備主從式架構的特性,我們可以很輕鬆地利用智慧型設備(如手機、平板甚至是筆電)掌控週邊裝置,而這點則是ANT較難做到的事情。


    短距離傳輸技術目前呈現混戰狀態,並不像其他無線傳輸技術得以一家獨大,相反的,根據應用領域不同,適合的短距離傳輸技術也有所差異。而目前也有許多晶片廠商推出二合一的通訊晶片,相關的應用軟體也不斷推陳出新,相信不久的將來,我們將能夠透過單一設備控制所在地點的所有電子設備。


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低功耗低速率下超远距离的LORA无线技术,也算一号  详情 回复 发表于 2016-8-30 10:42
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纯净的硅(高级)

沙发
 
當紅炸子雞...
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一粒金砂(中级)

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这是完全的复杂粘贴啊,15年的文章咯
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一粒金砂(中级)

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低功耗低速率下超远距离的LORA无线技术,也算一号
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