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LR-WiFi模组ZigBee模块BT蓝牙模块智能家居集成

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LR-WiFi模组ZigBee模块BT蓝牙模块智能家居集成

LR-WiFi模组ZigBee模块BT蓝牙模块智能家居集成,近几年来智能家居无疑是热门研究对象之一,随着今年BT4.0技术的推出,其低功耗、低成本、传输速度快的特点使更多人选择BT方案开发智能家居,让智能家居这个市场形成了BT模块,LR-WiFi模组ZigBee模块三足鼎立的一个局面。本论文主要针对三种方案的原理、技术特点和优缺点进行对比,并以此来展望智能家居市场的未来。

1.LR-WiFi模组(无线保真协议)
WiFi(WirelessFidelity,无线保真技术)是IEEE802.11的缩写,它是一种能够支持数据、图像、语音和多媒体且输出速率高达54Mb/s的短程无线传输技术,可使因特网接入者在几百米范围内接收到无线电信号。WiFi的一版于1997年推出,当时WiFi定义了物理层和介质访问访问控制层(MAC层),并在规定WLAN的基本传输介质和网络结构的同时,规范了MAC的特征和物理层(PHY),其中物理层使用的是FSSS(调频扩频)技术、红外技术和DSSS(直接序列扩频)技术。IEEE802.11g和IEEE802.11a的新标准在1999年被进一步完善。WiFi技术特性。

1.传输范围广。
LR-WiFi模组的电波覆盖半径高达100米,即使是整个建筑都能覆盖,相对于蓝牙距离只有15m,这方面的优势相当明显。

2.传输速度快。
Mb/s高达54Mb/s的传输速率使WiFi用户可以随时随地接收网络,并能迅速享受到一系列宽带信息增值服务,如网络游戏、视频点播(VOD)、远程教育、在线证券、远程医疗、视频会议等。在这个飞速发展的信息时代,WiFi还在不断提升,必然能满足社会和个人信息化发展的需求。

3.卫生安全。
根据IEEE802.11的规定,WiFi设备的发射功率不得超过100mW,而实际的发射功率可以达到60~70mW。相对于同类通讯设备,手机发射功率在200mW~1W左右,而手持对讲机则可以达到5W左右。与这两种WiFi产品相比,辐射更小。4.普遍适用程度高。

如今,使用WiFi的电子设备越来越多,移动电话、笔记本电脑、平板电脑、MP4几乎都把WiFi列为主流配置。

不久前,LR-WiFi模组技术联盟推出了WiFiDirect标准,这也意味着WiFi在上网本、智能手机、电视、机顶盒等设备中的使用率日益上升的同时,也开始进入传统的蓝牙WPAN领域。根据市场研究公司In-Stat的调查数据,到2013年,世界范围内有2.16亿个安装有WiFi模块的电子设备预计会增加。常规的蓝牙与红外线功能目前仅支持蓝牙,新增配置包括重力感应、GPS和WiFi,其中已有WiFi配置比例高。现在,WiFi几乎已经成为了手机和其它类似电子设备的标配。现在市场上几乎所有的平板、笔记本和智能手机都配置了WiFi模块。

Zigbee是IEEE802.2.15.4协议的缩写。ZigBee是一种由蜜蜂八字舞构成的“舞蹈”,蜜蜂摇动翅膀,将花粉所在的方位信息传递给同伴,而ZigBee协议的方式与之相似。ZigBee主要适用于自动控制和远程控制领域,并可嵌入多种设备,具有传输距离近、功耗低、成本低、数据速率低、自组织网络、协议简单等特点。

以下是ZigBee的主要优势:

1.低能耗。
将Bluetooth与WiFi进行对比,在同样的电量下(两节五号电池)可支持设备使用六个月到两年左右,而Bluetooth只能工作几周,WiFi则只需几小时。

2.费用低。
ZigBee专利费用免收,传输速率更低,协议简单,这大大降低了ZigBee设备的成本。

3.掉线率低。
基于ZigBee的避免碰撞机制,并同时为通信业务的固定带宽留出专用的时间空间,使其在数据传输中不会出现竞争和冲突;自组织网络的功能使各节点模块之间可以相互连接,接收的信息可以通过各节点模块之间的线路传输,使得ZigBee传输信息的可靠性大大提高,几乎可以认为是不会掉线的。

4.强大的联网能力。
ZigBee具有超群的组网能力,每建立了6万个节点。

5.保密。
ZigBee提供了一套基于128位AES算法和集成了IEEE802.15.4安全元素的安全类和软件。

6.工作频带灵活。
2.4GHz、868MHz和915MHz的使用频段是无授权频段。

以下是ZigBee的缺点:

1.传播距离很近。
如果没有功率放大器,一般ZigBee的有效传播距离一般在10m~75m之间,主要适用于家庭、办公等较小的地区。但是,如果牺牲了它的低掉线率的优点,将节点模块作为接收端也作为发射端,就可以实现较长距离的信息传输。

2.传送资料的速度低。
同时,ZigBee在2.4GHz频段上的传输速度也仅为250Kb/s,而这仅仅是传输速率,没有帧头开销、信道竞争、应答和重传,在移除之后,实际应用速率将低于100Kb/s,并且在多个节点运行多个应用时,还需要由它们共享。

3.具有延时性。
ZigBee在随机接入MAC层的同时并不支持时分复用的信道接入方式,因此,由于多跳发送和一些实时应用的冲突,将导致支持实时应用。特定的ZigBee应用程序。

ZigBee诞生已有很长一段时间了,但由于传输速率和目前电子设备中配置模块的比例几乎为零,在2010年之前,ZigBee的具体应用还很少。近年来,LED行业发展迅猛,ZigBee被广泛应用于照明系统中,这种无需高速传输速率的智能家庭系统中。近期也有一些应用被应用于无线定位系统,并用于特定的项目。


BT协议由爱立信公司创建,并于1999年5月20日与业界其他主要的开发人员一起,共同制定了BT技术的BT技术标准,并终将这种无线通信技术命名为蓝牙。Bluetooth是一种无线通信技术,它可以使电子设备在10~100m的空间范围内建立网络连接,进行数据或语音通话。

BluetoothSpecialInterestGroup(SIG)宣布正式推出蓝牙4.0版,并已制定了技术标准,并启动了认证计划。Bluetooth4.0在保持3.0+HS高速传输技术的基础上,加入了一家开发公司大力推广的Wibree低功耗传输技术。
Bluetooth4.0是IEEE802.15.1传统的蓝牙、IEEE802.11物理层和MAC层以及Wibree的结合,它与所有人传统认识中只适用于WPAN的蓝牙有着天壤之别,未来几年内蓝牙将持续这几年的发展趋势。

Bluetooth4.0大的突破和技术特征就是Wibree的低功耗传输,它使用了简单的GFSK调制,因此具有极低的运行和待机功耗,即使是一颗纽扣电池也可支持设备工作数年以上。Bluetooth4.0的网络拓扑比ZigBee来得简单,传输速率比ZigBee高出几倍,在传输距离方面相对NFC更具优势,加上其在手机、音频领域的广泛应用,作为一种即将面世的新技术,它对ZigBee和NFC的威胁却不可小觑。

Bluetooth的好处是:

1.功耗低,传输速度快。
蓝牙的短数据封包特性是蓝牙低功耗技术的基础,传输速率可以达到1Mb/s,并且所有的连接都采用了先进的嗅探性分额定功能模式来实现超低负载循环。

2.缩短了建立联系时间。
使用应用程序打开蓝牙连接时,蓝牙仅需3ms,而在传输完成后,可在几毫秒内完成数据传送,并立即关闭连接。

3.稳定。
Bluetooth低功耗技术采用24位的循环重复检环(CRC),保证了在受到干扰时所有封装的稳定。

4.高度的安全性。
CCM的AES-128完全加密技术为数据封包提供了高度的加密和认证。

Bluetooth的缺点是:

1.数据传送的规模有限。
快速跳频使蓝牙在传输信息时具有极高的安全性,同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大。甚至在所谓的高保真蓝牙耳机中,高低频部分也会被严重压缩。

2.较少的设备连接。
与Wifi和ZigBee相比,蓝牙连接设备的能力的确很差,理论上可以连接8台设备,而且实际上只有6-7个设备连接。

3.单独连接蓝牙设备。
假定我用A电话连接了蓝牙设备,则B电话无法连接,请确保我与此蓝牙设备之间的握手协议断开B电话连接。

由于蓝牙传输的原始数据传输数据,蓝牙在手机上得到了广泛的应用,后来蓝牙耳机和蓝牙无线鼠标的风靡,以及目前流行的蓝牙智能家居系统,蓝牙对人们生活产生的便利。由于蓝牙技术在电子产品中的高配置比,人们更容易接受蓝牙新产品,比如ZigBee,NFC等。电子屏、吸尘器机器人、抽油烟机、智能穿戴产品、低功率蓝牙4.0都将拥有更广阔的市场。

现在市场上的电子设备(手机、平板)基本上都配备了蓝牙4.0模块Bluetooth4.0大的突破和技术特征就是Wibree的低功耗传输,它使用了简单的GFSK调制,因此具有极低的运行和待机功耗,即使是一颗纽扣电池也可支持设备工作数年以上。Bluetooth4.0的网络拓扑比ZigBee来得简单,传输速率比ZigBee高出几倍,在传输距离方面相对NFC更具优势,加上其在手机、音频领域的广泛应用,作为一种即将面世的新技术,它对ZigBee和NFC的威胁却不可小觑。

Bluetooth的好处是:

1.功耗低,传输速度快。
蓝牙的短数据封包特性是蓝牙低功耗技术的基础,传输速率可以达到1Mb/s,并且所有的连接都采用了先进的嗅探性分额定功能模式来实现超低负载循环。

2.缩短了建立联系时间。
使用应用程序打开蓝牙连接时,蓝牙仅需3ms,而在传输完成后,可在几毫秒内完成数据传送,并立即关闭连接。

3.稳定。
Bluetooth低功耗技术采用24位的循环重复检环(CRC),保证了在受到干扰时所有封装的稳定。

4.高度的安全性。
CCM的AES-128完全加密技术为数据封包提供了高度的加密和认证。

Bluetooth的缺点是:

1.数据传送的规模有限。
快速跳频使蓝牙在传输信息时具有极高的安全性,同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大。甚至在所谓的高保真蓝牙耳机中,高低频部分也会被严重压缩。

2.较少的设备连接。
与Wifi和ZigBee相比,蓝牙连接设备的能力的确很差,理论上可以连接8台设备,而且实际上只有6-7个设备连接。

3.单独连接蓝牙设备。
假定我用A电话连接了蓝牙设备,则B电话无法连接,请确保我与此蓝牙设备之间的握手协议断开B电话连接。

由于蓝牙传输的原始数据传输数据,蓝牙在手机上得到了广泛的应用,后来蓝牙耳机和蓝牙无线鼠标的风靡,以及目前流行的蓝牙智能家居系统,蓝牙对人们生活产生的便利。由于蓝牙技术在电子产品中的高配置比,人们更容易接受蓝牙新产品,比如ZigBee,NFC等。电子屏、吸尘器机器人、抽油烟机、智能穿戴产品、低功率蓝牙4.0都将拥有更广阔的市场。

现在市场上的电子设备(手机、平板)基本上都配备了蓝牙4.0模块和LR-WiFi模组,如此说来,这两个模块在客户机可以接受的程度要远大于ZigBee。事实上,早在几年前,日本就曾推出过带有ZigBee模块的手机,但是ZigBee协议的繁琐和传输速率的低一些似乎跟不上时代的发展趋势,因此一直没有得到普及,但它的自组网的特点是其他两种方案都无法替代的。今后的智能家居市场,蓝牙凭借其体积小功耗低的特点,有可能向小型化,比如产品的可穿戴电子设备方向发展。WiFi模块几乎无处不在,LR-WiFi模组将是未来接受度高、应用广泛的方案。现在,ZigBee要想打破这一僵局而不被淘汰,可能真的需要对蓝牙3.0进行一次彻底改造,进入蓝牙4.0。,如此说来,这两个模块在客户机可以接受的程度要远大于ZigBee。事实上,早在几年前,日本就曾推出过带有ZigBee模块的手机,但是ZigBee协议的繁琐和传输速率的低一些似乎跟不上时代的发展趋势,因此一直没有得到普及,但它的自组网的特点是其他两种方案都无法替代的。今后的智能家居市场,蓝牙凭借其体积小功耗低的特点,有可能向小型化,比如产品的可穿戴电子设备方向发展。LR-WiFi模组几乎无处不在,WiFi模块将是未来接受度高、应用广泛的方案。现在,ZigBee要想打破这一僵局而不被淘汰,可能真的需要对蓝牙3.0进行一次彻底改造,进入蓝牙4.0。

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