物联网组网技术优缺点对比:蓝牙、LoRa、wifi、NB-IoT、ZigBee等

发表时间:2022-04-13 11:17作者:艾瑞文字君

1.前言

最近对物联网产品自组网技术选型,找到合适的组网技术,让产品自行组网并完成数据的传输。

2.参数对比

3.优缺点描述

3.1.蓝牙

优点:

        (1)低功率,便于电池供电设备工作

        (2)便宜,可以应用到低成本设备上,降低产品的成本

        (3)同时支持文本、图片、音视频的传输

        (4)传输速率快,低延时

缺点:

        (1)传输距离有限

        (2)穿透性能差

        (3)不同设备间协议不兼容

        (4)联网耗时比较久

3.2.LoRa

优点:

        (1)传输距离远:灵敏度-148dBm,通讯距离可达几千米

        (2)工作能耗低:Aloha方法有数据时才连接,电池可工作几年

        (3)组网节点多:组网方式灵活,可以连接多个节点

        (4)抗干扰性强:协议里面有LBT的功能,基于aloha的方式,有自动的频点跳转和速率自适应功能

        (5)低成本:非授权频谱,节点/终端成本低

缺点:

        (1)频谱干扰:随着LoRa的不断发展,LoRa设备和网络部署不断增多,相互之间会出现一定的频谱干扰。

        (2)需要新建网络:LoRa在布设过程中,需要用户自己组建网络。

        (3)有效负载较小:LoRa传输数据有效负载比较小,有字节限制。

3.3.WiFi

优点

        (1)灵活性和移动性:无线局域网在无线信号覆盖区域内的任何一个位置都可以接入网络。连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。

        (2)安装便捷:一般只要安装一个或多个接入点设备,就可建立覆盖整个区域的局域网络。

        (3)故障定位容易:无线网络很容易定位故障,只需更换故障设备即可恢复网络连接。

缺点

        (1)性能:无线局域网依靠无线电波进行传输。这些电波通过无线发射装置进行发射,而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输,影响网络的性能。

        (2)速率:无线信道的传输速率低,最大传输速率为54Mb/s,只适合于个人终端和小规模网络应用。

3.4.NB-IOT

优点:

        (1)海量接入:相同基站覆盖条件下,NB-IoT 技能是其它无线技能接入数的 50 至 100 倍,现有NB-IoT网络单小区基站可接入5万个终端设备,这样的超大连接能使物联网真正做到“万物互联”。

        (2)功耗较低:NB-IoT有三种不同的省电模式:PSM模式、DRX模式、eDRX模式,设备可以根据自己的需求选择省点模式,达到功耗最小的目的,可以延长电池的使用寿命,在针对许多使用电池供电的设备和局面,NB-IoT 的低功耗特性能够保证设备续航时间,从几个月大幅提升到几年,因此大大降低了频繁更换电池带来的不便。

        (3)覆盖超强:NB-IoT 的覆盖能力是 LTE 的 100 倍。NB-IoT网络具有超大覆盖范围与超强穿透能力,这样不但能够满足地广人稀地区的大范围覆盖需求,同样适用于对深度覆盖有要求的地下应用。

        (4)成本低廉:NB-IoT支持在现有的LTE网络上改造,大大的降低了网络建设成本,NB-IoT 无需重新建网,射频和天线也基本上都能够复用。再 NB-IoT 低功耗、低带宽和低速率的特性,同样降低了芯片和模组成本。

缺点:

        (1)数据传输少:基于低功耗,导致 NB-IoT 只能传输少了数据;

        (2)通信成本高:除了 NB-IoT 通信模块的价格之外,运营商还将收取运营费用;

        (3)技术并不成熟:虽然 NB-IoT 技术被大范围应用,但在实际应用过程中,经常出现各类故障,导致通信中断;

3.5.ZigBee

优点:

         (1)低功耗:工作模式下,ZigBee技术的传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短。其次,在非工作模式情况下,ZigBee的节点处于休眠状态。设备搜索延迟一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备接入信道时延为15 ms。由于工作时间较短,收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得ZigBee节点非常省电。

  (2)低时延:ZigBee响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需要15ms。节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较蓝牙需要3-10秒,WIFI需要3秒。

        (3)网络容量大:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使得它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对于全功能器件,要求它支持所有的49个参数。而对于简化功能器件,在最小配置时只要求他支持38个参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话, 可以按3种方式工作,分别是个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非常简单的应用。一个ZigBee的网络节点最多包括有255个ZigBee网络节点,其中有一个是主控(Master)设备,其余则是从属(Slove)设备。若是通过网络协调器(Network Coordinator),整个网络可以支持超过64000个ZigBee网络节点,再加上各个网络协调器可以相互连接,整个ZigBee的网络节点的数目将是十分可观。

  (4)高安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能。在数据传输过程中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供了足够的安全保护,器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级的安全级别,器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件来获取数据,在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据传输过程中,采用AES的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法用户。

  (5)免执照频段:ZigBee设备物理层采用工业、科学、医疗(ISM)频段。

  (6)数据传输可靠:ZigBee的媒质传入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻发送,发送的每个数据分组都必须等待接收方的确认消息,并进行确认信息回复。若没有得到确认信息的回复就表示发生了冲突,将重传一次。采用这种方法可以提高系统信息传送的可靠性。ZigBee为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时竞争和冲突。同时,ZigBee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。

缺点:

        (1)成本:目前ZIGBEE芯片出货量比较大的TI公司,芯片其成本均在2~3美金左右,再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件,成本难以低于10美金。

        (2)通信稳定性:目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.5G频率,其衍射能力弱,穿墙能力弱。家居环境中,即使是一扇门,一扇窗,一堵非承重墙,也会让信号大打折扣。

        (3)自组网能力:Zigbee技术的主要特点是支持自组网能力强,自恢复能力强,因此,对于井下定位,停车场车位定位,室外温湿度采集,污染采集等应用非常具有吸引力。然而,对于智能家居的应用场景中,开关,插座,窗帘的位置一旦固定,一直不变,自组网的优点也就不复存在,但是自组网所耗费的时间和资源却依旧高昂。


版权声明:本文为CSDN博主「物联网_咸鱼」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接:https://blog.csdn.net/qq_17486399/article/details/121078475



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