В этой статье мы рассмотрим различные технологии беспроводного подключения и сравним их с точки зрения наиболее важных характеристик, применимых в случае коммерческих и промышленных приложений Интернета вещей.

Мы будем сравнивать следующие технологии:

• Bluetooth^® ТЕХНОЛОГИЯ

• Wi-Fi

• Технологии на основе стандарта IEEE 802.15.4 (Thread, Zigbee).

• Z-Wave

• Технологии широкополосных сетей сотовой связи с низким энергопотреблением (NB-IoT, LTE-M)

• Технологии широкополосных сетей с низким энергопотреблением, не связанные с сотовой связью (LoRaWAN, Sigfox)

Мы будем сравнивать характеристики каждой из технологий следующим образом:

• Диапазон

• Пропускная способность

• Энергопотребление

• Стоимость

• Топология

Прежде чем мы рассмотрим, как эти различные технологии сравниваются с точки зрения атрибутов, давайте кратко представим каждую технологию. Подробное описание каждой из этих технологий выходит за рамки данной статьи.

Технология Bluetooth

Определение

Технология Bluetooth^® - это беспроводное решение с низким энергопотреблением, работающее в ISM-диапазоне 2,4 ГГц. С годами она расширялась и теперь обеспечивает огромную гибкость в диапазоне, пропускной способности и топологии связи для решения различных приложений интернета вещей.

Технические подробности

Существует два различных варианта радиосвязи Bluetooth: Bluetooth Classic и Bluetooth Low Energy (LE). Bluetooth Classic (или BR / EDR) - это оригинальное Bluetooth-радио, которое по-прежнему широко используется в приложениях потоковой передачи, особенно потокового аудио. С другой стороны, Bluetooth LE традиционно ориентирован на приложения с низкой пропускной способностью, которые требуют нечастой передачи данных между устройствами. Bluetooth LE известен своим очень низким энергопотреблением и широко распространен в смартфонах, планшетах и ПК.

Bluetooth LE предоставляет возможность работы в топологиях "точка-точка", "звезда", "сетка" и "широковещательная передача". В ячеистой топологии узлы подключаются напрямую друг к другу без необходимости связи с другими через центральный концентратор. Это позволяет узлам передавать данные и информацию другим узлам, находящимся вне досягаемости исходного узла, расширяя охват сети на большой территории.

Основные варианты использования

Bluetooth LE наиболее популярен в устройствах для здоровья и фитнеса, интеллектуальных системах освещения, системах определения местоположения в реальном времени и приложениях навигации внутри помещений.

Wi-Fi

Определение

Wi-Fi - это фирменное наименование любой беспроводной локальной сети (WLAN), соответствующей стандарту IEEE 802.11. Чаще всего она работает в ISM-диапазонах 2,4 и 5 ГГц, но более новые версии также ориентированы на другие частотные диапазоны.

Технические подробностиСуществует множество вариантов Wi-Fi, и Wi-Fi Alliance недавно внедрил систему нумерации версий: Wi-Fi 1 (802.11b), Wi-Fi 2 (802.11a), Wi-Fi 3 (802.11g), Wi-Fi 4 (802.11n), Wi-Fi 5 (802.11ac) и Wi-Fi 6 (802.11ax). Были представлены более поздние версии, предназначенные для различных типов приложений, включая больший радиус действия, более высокую пропускную способность и лучшее покрытие.

Наиболее популярной топологией, используемой в Wi-Fi, является топология star, в которой узлы могут взаимодействовать друг с другом только через центральный концентратор.

Основные варианты использования

Wi-Fi популярен в приложениях, связанных с передачей больших файлов, и приложениях для передачи данных с более высокой пропускной способностью, таких как потоковое видео.

В случае приложений интернета вещей Wi-Fi чаще всего используется для устройств, которым требуется прямое подключение к Интернету. Однако обычно это не связано с низким энергопотреблением, и его использование ограничено в приложениях и устройствах, требующих длительной работы от небольших батарей.

Технологии на основе стандарта IEEE 802.15.4 (Thread, Zigbee)

Определение

Технологии IEEE 802.15.4 относятся к уровню доступа для низкоскоростных беспроводных персональных сетей (LR-WPANs).

Технические подробности

Thread и Zigbee - это две разные технологии, созданные на основе этой спецификации. Они отличаются низким энергопотреблением и низкими скоростями передачи данных. Стандарт IEEE 802.15.4 используется в основном для передачи небольших объемов данных в малом диапазоне при сохранении низкого энергопотребления.

Хотя поддерживается звездообразная топология, наиболее популярной является ячеистая.

Основные варианты использования

Эти технологии чаще всего используются в приложениях беспроводного управления и мониторинга в пространстве "умного дома".

Z-Wave

Определение

Z-Wave начинался как протокол для управления системами освещения и превратился в протокол домашней автоматизации, управляемый альянсом Z-Wave Alliance.

Технические подробности

Это запатентованная технология, которая работает в диапазоне 908/915 МГц в США и 868 МГц в Европе. Она предназначена для предотвращения помех в диапазоне ISM 2,4 ГГц и расширения зоны покрытия.

Основной используемой топологией является ячеистая топология.

Основные варианты использования

Эта технология в основном используется в приложениях "умный дом".

Технологии широкополосных сетей сотовой связи с низким энергопотреблением (NB-IoT, LTE-M)

Определение

LTE-M (LTE Cat-M1, или Долгосрочная эволюция для машин) и NB-IoT (узкополосный интернет вещей) - это технологические стандарты, разработанные 3GPP (Партнерский проект 3rd Generation) в качестве технологических решений на базе сотовой связи для приложений IoT.

Эти две технологии являются неотъемлемой частью долгосрочной стратегии 5G IoT, поскольку позволяют им сосуществовать с другими технологиями 5G. 5G - это общий термин, используемый для описания пятого поколения сотовых технологий. Он обещает высокую скорость до 2 Гбит / с (и даже до 100 Гбит / с в будущем). Технологии 5G также обещают сокращение задержек и расширение покрытия (с точки зрения количества устройств, одновременно подключенных к сети).

Технические подробности

LTE-M и NB-IoT отличаются несколькими характеристиками, которые делают каждый из них подходящим для разных типов приложений.

NB-IoT идеально подходит для простых приложений с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, в то время как LTE-M обладает более высокой скоростью передачи данных и лучше всего подходит для приложений реального времени и критически важных приложений. Основными различиями между ними являются скорость (выше для LTE-M) и задержка (ниже для LTE-M).

NB-IoT и LTE-M работают в основном в топологии star.

Основные варианты использования

Основные варианты использования NB-IoT включают приложения для интеллектуального сельского хозяйства, умного города и интеллектуальных счетчиков. С другой стороны, основные варианты использования LTE-M включают логистику, медицинские устройства в качестве канала обратной связи и автомобильные приложения.

Технологии широкополосных сетей с низким энергопотреблением, не связанные с сотовой связью (LoRaWAN, Sigfox)

Определение

LoRaWAN - это открытый протокол беспроводной сети, поддерживаемый альянсом LoRa. LoRaWAN построен поверх LoRa, запатентованного формата модуляции, разработанного компанией Semtech.

Технические подробности

LoRa определяет только уровни нижнего уровня сетевого стека, а LoRaWAN - верхние уровни стека. LoRaWAN - это просто один из нескольких протоколов, построенных поверх LoRa.

LoRaWAN относится к категории маломощных глобальных сетей (LPWAN). Она обеспечивает связь на большие расстояния между устройствами при сохранении низкого энергопотребления.

Sigfox также является технологией LPWAN, однако это запатентованная технология, предлагаемая французской компанией Sigfox, которая выступает в качестве единственного оператора сети для этой технологии.

Основные варианты использования

LoRaWAN популярен в приложениях для умного города, таких как интеллектуальные счетчики коммунальных услуг, интеллектуальные парковочные счетчики, а также в цепочках поставок и логистических приложениях, таких как отслеживание активов. Sigfox также популярен в приложениях "умный город", но в большей степени в регионе ЕС, чем в США.

Сравнительная таблица