四種短距離無線監(jiān)控解決方案的性能對比
摘要： ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的短距離無線技術(shù),，在無線網(wǎng)狀傳感器網(wǎng)絡(luò)和其它短距離應(yīng)用(如家庭監(jiān)控,、建筑和工業(yè)環(huán)境)中被廣泛采用,。
Abstract：
Key words :
</a></a>ZigBee" title="ZigBee">ZigBee" title="ZigBee">ZigBee技術(shù)，曾寫過幾篇關(guān)于它的長篇報告,，話題包括數(shù)不清的產(chǎn)品預告，參加過一些它的會議,，甚至擺弄過一些開發(fā)包,。ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的短距離無線技術(shù)，在無線網(wǎng)狀傳感器網(wǎng)絡(luò)和其它短距離應(yīng)用(如家庭監(jiān)控,、建筑和工業(yè)環(huán)境)中被廣泛采用,。
由于許多供應(yīng)商都提供ZigBee芯片,、模塊和開發(fā)包，無論建立一個什么樣的系統(tǒng)都是很容易的,。但是你知道嗎,？ ZigBee技術(shù)盡管不錯，但對于許多應(yīng)用來說它的功能過于強大,。有時建網(wǎng)狀網(wǎng)并不需要ZigBee支持的復雜性和開銷負擔,。所以，盡管ZigBee非常能干和引人注目,，你還有其它選擇,。以下是一個快速的對比，幫助你選擇對于你的設(shè)計問題最優(yōu)的解決方案,。
對比的基礎(chǔ)
這里我們利用ZigBee作為對比的基礎(chǔ),。表1(如下)概括了ZigBee所有最關(guān)鍵的特征。這些特征具代表性,，并且隨著具體供應(yīng)商的不同而不同,。而這都是你需要在無線鏈接中定義的要點。
要注意的是ZigBee實際上有3個版本,。最普遍和廣泛使用的是工作在2.4GHz微波頻段以及Wi-Fi,、藍牙和其它一些服務(wù)中的版本。即使大多數(shù)情況下它極少被使用,，但它擁有最高的數(shù)據(jù)速率,。其它版本工作在UHF頻段。歐洲采用868MHz頻段和20kbps的數(shù)據(jù)速率,。而美國采用915MHz頻段,。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，40kbps的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)足夠,。低頻ZigBee版本最大的優(yōu)勢就是他們通?？梢愿采w一個較大的范圍。
記住,，ZigBee不僅僅是一個無線電收發(fā)器,。其基本物理層和介質(zhì)訪問控制(MAC)層由IEEE根據(jù)802.15.4標準定義。ZigBee增加了網(wǎng)絡(luò),、安全性和應(yīng)用架構(gòu),。最頂層是應(yīng)用或一個ZigBee的應(yīng)用描述。因此,，ZigBee是一個全方位的,、具備ZigBee聯(lián)盟提供的多種應(yīng)用的不同描述的協(xié)議。ZigBee聯(lián)盟同時也提供測試和ZigBee使能產(chǎn)品的認證,，以確保完全的互操作性,。那會帶來很大的好處,，但是很多應(yīng)用并不需要它，所以可以使用較簡單的系統(tǒng),。
一些較大的ZigBee芯片供應(yīng)商包括Atmel,、Ember、Freescale Semiconductor和Texas Instruments(Chipcon),。
一些有趣的短距離解決方案
表2總結(jié)了ZigBee的一些可行選擇方案,，特別是當你執(zhí)行較簡單的監(jiān)控項目，不需要復雜協(xié)議或網(wǎng)狀網(wǎng)能力的時候,。當然,，這是有原因的。
WirelessUSB的方案來自Cypress Semiconductor,。在P2P和M2P應(yīng)用中它是有用的,。它主要是為像鼠標和鍵盤那樣的PC外圍設(shè)備而設(shè)計的，但是它對游戲,、玩具,、遠程控制之類也有效。它主要的優(yōu)勢在于充當一個HID,，所以無線連接性對于在操作系統(tǒng)水平上的設(shè)計者來說是完全顯而易見的,，不需要特別的驅(qū)動器。其它潛在應(yīng)用包括用戶電子技術(shù),、家庭自動化,、自動讀表器、個人健康,、娛樂系統(tǒng)和無線手機,。
在表2描述的基本設(shè)備是Wireless USB LS版本，擁有一個10米左右的有限范圍,，一個長程版本的Wireless USB LR把它提高到超過50米,。一個較新的Wireless USB LP版本是10米范圍的，很低功率,，但如果你需要的話也可以較高的數(shù)據(jù)率運轉(zhuǎn)，采用DSSS的速率可達250kbps,，而采用GFSK的速率則高達1Mbps,。這些設(shè)備出色的地方在于他們提供了一個基本的協(xié)議，所以你不必為你的應(yīng)用發(fā)明一個協(xié)議,。但是它是相當簡易和靈活的,。M2P能力讓你做成一個可以收集來自多種來源數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。這些單一芯片的設(shè)備來自48引腳QFN封裝,，Cypress也銷售一些完成的模塊和一個完整的開發(fā)包,。
其中一個較新的選擇是來自Zensys公司的Z-Wave技術(shù),。這個無線系統(tǒng)針對家庭自動化，特別是像開/關(guān)燈,、調(diào)暗或設(shè)置溫度自動調(diào)節(jié)器等監(jiān)控而設(shè)計,。它或許不像ZigBee那樣靈活，但是它可以讓家庭自動化變得簡單和低成本,。
工作在高UHF頻段的Z-Wave芯片具有不錯的傳輸范圍,。數(shù)據(jù)速率被限制為9.6kbps，但是在家庭自動化中這已經(jīng)足夠了,。這些芯片具有一個板上8051控制器和一些閃存,。它們也運行DES和3DES編碼，如果你需要那種類型的安全,。Z-Wave有很好的發(fā)展勢頭,，在它背后有Intel和Cisco的資金支持。而Z-Wave聯(lián)盟則提供了超過125名成員的支持,。
在表2的最后列舉了一個簡易ISM波段收發(fā)器的基本通用特征,。你在這里看到的項目是我從最新的Analog Devices上手冊拿來的。然而,，一些其它的生產(chǎn)廠家制作這些低成本的設(shè)備,。比如Micrel和Maxim。在美國,，這些設(shè)備的依據(jù)是CFR第47部分的第15條條例,。最普遍使用的頻率是315MHz、492MHz和915MHz,。
這些設(shè)備的低速(<10kbps)的短距離應(yīng)用使用大多數(shù)簡易的ASK/OOK,。但是其他的短距離應(yīng)用使用FSK 或GFSK來獲得較高的數(shù)據(jù)率(20kbps到384kbps)。有時候,，這些無線電收發(fā)器只執(zhí)行物理層,，所以你自己使用架構(gòu)模板和協(xié)議。但是在你需要傳遞一個開/關(guān)編碼或一些簡單要求的情況下,，在一般的伴隨嵌式控制器中執(zhí)行是相當容易的,。其中一些最普遍的應(yīng)用包括免鑰入車系統(tǒng)、車庫開門器,、遠程溫度傳感器和輪胎壓力傳感器,。這就是準系統(tǒng)應(yīng)用的出路。如果你不想自己去創(chuàng)建這些設(shè)備,，那你也有很多可供選擇的模板創(chuàng)建商,。其中一些包括Cirronet、Lemos,、Linx,、Maxstream和Radiometrix,。
其它方案
是的，這里我可能遺漏了一個可供選擇的方案,。你們中可能有人會問,，Bluetooth在哪里。Bluetooth是一個很出色的無線系統(tǒng),，實際上它擁有最大的無線技術(shù)容量,，包括Wi-Fi?？赡軙腥朔磳ξ液雎粤薟i-Fi,。但是這些技術(shù)的目標并不是以監(jiān)控為主要目標的無線應(yīng)用。相對于這些簡單的應(yīng)用來說,，兩者的功能都過于強大,。是的，你可以認為它們是可供選擇的,，但是伴隨而來的是較高的成本和復雜度開銷,。如果你只是需要短距離和便宜的方案，那就堅持我在本文中介紹的吧,！
由于許多供應(yīng)商都提供ZigBee芯片,、模塊和開發(fā)包，無論建立一個什么樣的系統(tǒng)都是很容易的,。但是你知道嗎,？ ZigBee技術(shù)盡管不錯，但對于許多應(yīng)用來說它的功能過于強大,。有時建網(wǎng)狀網(wǎng)并不需要ZigBee支持的復雜性和開銷負擔,。所以，盡管ZigBee非常能干和引人注目,，你還有其它選擇,。以下是一個快速的對比，幫助你選擇對于你的設(shè)計問題最優(yōu)的解決方案,。
對比的基礎(chǔ)
這里我們利用ZigBee作為對比的基礎(chǔ),。表1(如下)概括了ZigBee所有最關(guān)鍵的特征。這些特征具代表性,，并且隨著具體供應(yīng)商的不同而不同,。而這都是你需要在無線鏈接中定義的要點。
要注意的是ZigBee實際上有3個版本,。最普遍和廣泛使用的是工作在2.4GHz微波頻段以及Wi-Fi,、藍牙和其它一些服務(wù)中的版本。即使大多數(shù)情況下它極少被使用,，但它擁有最高的數(shù)據(jù)速率,。其它版本工作在UHF頻段。歐洲采用868MHz頻段和20kbps的數(shù)據(jù)速率,。而美國采用915MHz頻段,。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，40kbps的數(shù)據(jù)速率已經(jīng)足夠,。低頻ZigBee版本最大的優(yōu)勢就是他們通?？梢愿采w一個較大的范圍。
記住,，ZigBee不僅僅是一個無線電收發(fā)器,。其基本物理層和介質(zhì)訪問控制(MAC)層由IEEE根據(jù)802.15.4標準定義。ZigBee增加了網(wǎng)絡(luò),、安全性和應(yīng)用架構(gòu),。最頂層是應(yīng)用或一個ZigBee的應(yīng)用描述。因此,，ZigBee是一個全方位的,、具備ZigBee聯(lián)盟提供的多種應(yīng)用的不同描述的協(xié)議。ZigBee聯(lián)盟同時也提供測試和ZigBee使能產(chǎn)品的認證,，以確保完全的互操作性,。那會帶來很大的好處,，但是很多應(yīng)用并不需要它，所以可以使用較簡單的系統(tǒng),。
一些較大的ZigBee芯片供應(yīng)商包括Atmel,、Ember、Freescale Semiconductor和Texas Instruments(Chipcon),。
一些有趣的短距離解決方案
表2總結(jié)了ZigBee的一些可行選擇方案,，特別是當你執(zhí)行較簡單的監(jiān)控項目，不需要復雜協(xié)議或網(wǎng)狀網(wǎng)能力的時候,。當然,，這是有原因的。
WirelessUSB的方案來自Cypress Semiconductor,。在P2P和M2P應(yīng)用中它是有用的,。它主要是為像鼠標和鍵盤那樣的PC外圍設(shè)備而設(shè)計的，但是它對游戲,、玩具,、遠程控制之類也有效。它主要的優(yōu)勢在于充當一個HID,，所以無線連接性對于在操作系統(tǒng)水平上的設(shè)計者來說是完全顯而易見的,，不需要特別的驅(qū)動器。其它潛在應(yīng)用包括用戶電子技術(shù),、家庭自動化,、自動讀表器、個人健康,、娛樂系統(tǒng)和無線手機,。
在表2描述的基本設(shè)備是Wireless USB LS版本，擁有一個10米左右的有限范圍,，一個長程版本的Wireless USB LR把它提高到超過50米,。一個較新的Wireless USB LP版本是10米范圍的，很低功率,，但如果你需要的話也可以較高的數(shù)據(jù)率運轉(zhuǎn)，采用DSSS的速率可達250kbps,，而采用GFSK的速率則高達1Mbps,。這些設(shè)備出色的地方在于他們提供了一個基本的協(xié)議，所以你不必為你的應(yīng)用發(fā)明一個協(xié)議,。但是它是相當簡易和靈活的,。M2P能力讓你做成一個可以收集來自多種來源數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。這些單一芯片的設(shè)備來自48引腳QFN封裝,，Cypress也銷售一些完成的模塊和一個完整的開發(fā)包,。
其中一個較新的選擇是來自Zensys公司的Z-Wave技術(shù),。這個無線系統(tǒng)針對家庭自動化，特別是像開/關(guān)燈,、調(diào)暗或設(shè)置溫度自動調(diào)節(jié)器等監(jiān)控而設(shè)計,。它或許不像ZigBee那樣靈活，但是它可以讓家庭自動化變得簡單和低成本,。
工作在高UHF頻段的Z-Wave芯片具有不錯的傳輸范圍,。數(shù)據(jù)速率被限制為9.6kbps，但是在家庭自動化中這已經(jīng)足夠了,。這些芯片具有一個板上8051控制器和一些閃存,。它們也運行DES和3DES編碼，如果你需要那種類型的安全,。Z-Wave有很好的發(fā)展勢頭,，在它背后有Intel和Cisco的資金支持。而Z-Wave聯(lián)盟則提供了超過125名成員的支持,。
在表2的最后列舉了一個簡易ISM波段收發(fā)器的基本通用特征,。你在這里看到的項目是我從最新的Analog Devices上手冊拿來的。然而,，一些其它的生產(chǎn)廠家制作這些低成本的設(shè)備,。比如Micrel和Maxim。在美國,，這些設(shè)備的依據(jù)是CFR第47部分的第15條條例,。最普遍使用的頻率是315MHz、492MHz和915MHz,。
這些設(shè)備的低速(<10kbps)的短距離應(yīng)用使用大多數(shù)簡易的ASK/OOK,。但是其他的短距離應(yīng)用使用FSK 或GFSK來獲得較高的數(shù)據(jù)率(20kbps到384kbps)。有時候,，這些無線電收發(fā)器只執(zhí)行物理層,，所以你自己使用架構(gòu)模板和協(xié)議。但是在你需要傳遞一個開/關(guān)編碼或一些簡單要求的情況下,，在一般的伴隨嵌式控制器中執(zhí)行是相當容易的,。其中一些最普遍的應(yīng)用包括免鑰入車系統(tǒng)、車庫開門器,、遠程溫度傳感器和輪胎壓力傳感器,。這就是準系統(tǒng)應(yīng)用的出路。如果你不想自己去創(chuàng)建這些設(shè)備,，那你也有很多可供選擇的模板創(chuàng)建商,。其中一些包括Cirronet、Lemos,、Linx,、Maxstream和Radiometrix,。
其它方案
是的，這里我可能遺漏了一個可供選擇的方案,。你們中可能有人會問,，Bluetooth在哪里。Bluetooth是一個很出色的無線系統(tǒng),，實際上它擁有最大的無線技術(shù)容量,，包括Wi-Fi?？赡軙腥朔磳ξ液雎粤薟i-Fi,。但是這些技術(shù)的目標并不是以監(jiān)控為主要目標的無線應(yīng)用。相對于這些簡單的應(yīng)用來說,，兩者的功能都過于強大,。是的，你可以認為它們是可供選擇的,，但是伴隨而來的是較高的成本和復雜度開銷,。如果你只是需要短距離和便宜的方案，那就堅持我在本文中介紹的吧,！
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