цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Сравнение протоколов беспроводной связи для встраиваемых систем и Интернета вещей

Сравнение протоколов беспроводной связи для встраиваемых систем и Интернета вещей

Автор: Mike(admin) от 22-10-2018, 08:15

Встраиваемые устройства и системы исторически были автономными с подключаемыми проводными интерфейсами для обмена данными и обслуживания. Теперь разработчики зачастую желают добавить какой-то беспроводной интерфейс для подключения своей системы или устройства к другим системам или к Интернету вещей (IoT).


Сравнение протоколов беспроводной связи для встраиваемых систем и Интернета вещей

Хотя новые технологии и интерфейсы сделали встраивание беспроводной связи более практичным и экономичным, недостатком является то, что сегодня существует расширяющийся и запутанный набор доступных протоколов, различающихся диапазоном и скоростью передачи данных. Это затрудняет для разработчиков сделать правильный выбор для конкретного приложения. Чтобы помочь с выбором, в этой статье сравниваются и суммируются десять вариантов беспроводных сетей для встраиваемых систем.


Критерии оценки беспроводного интерфейса


Диапазон, стоимость и энергопотребление являются, пожалуй, наиболее важными критериями для большинства встраиваемых систем. Что касается диапазона, параметры беспроводной связи широко варьируются:


  • NFC действует только на несколько сантиметров
  • Bluetooth и Zigbee рассчитаны на несколько метров, используя чрезвычайно низкую мощность
  • Приемопередатчики Wi-Fi на основе 802.11 имеют диапазон, исчисляемый в сотнях метров
  • Узкополосный IoT (NB-IoT) использует лицензированную сотовую инфраструктуру для переноса беспроводной информации на многие километры
  • LoRaWAN и Sigfox - это маломощные беспроводные устройства большой дальности для устройств IoT, которые также охватывают многие километры, но работают в нелицензированных диапазонах

На следующем рисунке наглядно видно функциональное соотношение этих протоколов.


Сравнение протоколов беспроводной связи для встраиваемых систем и Интернета вещей

В дополнение к диапазону, стоимости и потреблению энергии есть два дополнительных критерия. Во-первых, нужно понять, требует ли приложение встроенный процессор приложений. Некоторые беспроводные модули эмулируют работу и используют те же средства разработки, что и популярные платы разработки, такие как Arduino Uno. Другие имеют свои собственные архитектуры и собственные экосистемы развития. У других нет никакой встроенной возможности обработки вообще.


Если беспроводный модуль будет реализовывать связь только для хост-процессора, то важным является интерфейс между хост-процессором и беспроводным модулем. Здесь есть много вариантов, включая последовательные протоколы, такие как I2C, SPI или UART. Другая возможность – это линии ввода/вывода Arduino – многие модули доступны как шилды Arduino. Однако эти медленные последовательные интерфейсы и линии ввода/вывода Arduino не будут поддерживать более высокие скорости передачи данных. Более быстрая скорость передачи данных требует гораздо более быстрых интерфейсов, таких как PCIe, например.


В следующей таблице в алфавитном порядке перечислены десять общих вариантов выбора и основных критериев выбора для различных протоколов беспроводной связи для встраиваемых проектов.


Сравнение протоколов беспроводной связи для встраиваемых систем и Интернета вещей

Некоторые из этих беспроводных протоколов, таких как Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (LE) и NFC, уже широко используются в мобильных телефонах и портативных компьютерах. Ниже приведены краткие сводки по каждому из беспроводных стандартов, перечисленных в таблице выше.


Bluetooth: Сначала разработанный для беспроводной связи сопутствующих устройств с мобильными телефонами, Bluetooth стал полезным беспроводным протоколом для приложений с малой мощностью, которые требуют относительно короткой и умеренной полосы пропускания данных от 1 до 3 мегабит в секунду (Мбит/с). Из-за распространенности протокола модули Bluetooth RF относительно легко интегрируются во встроенное приложение.


Bluetooth LE: Bluetooth LE значительно снижает энергопотребление и затраты по сравнению с классическим Bluetooth, поддерживая аналогичный диапазон связи. Он нацелен на новые приложения в области здравоохранения, фитнеса, радиомаяков, безопасности и домашних развлечений.


LoRaWAN: предназначенный для беспроводных устройств с батарейным питанием в региональной, национальной или глобальной сети, LoRaWAN нацелен на ключевые требования IoT для обеспечения безопасной, маломощной, двунаправленной связи с мобильностью и услугами локализации на широкой территории. Спецификация LoRaWAN – это уровень управления доступом к среде (MAC), который может быть наложен на различные протоколы физического уровня (PHY) от спутниковых сетей, таких как Globalsat, до наземных публичных и частных сетей. LoRaWAN обеспечивает бесшовную и долгосрочную совместимость между устройствами IoT без необходимости поддержки локальной сети.


Узкополосный (Narrowband) IoT: разработанный для подключения широкого спектра устройств и предоставления услуг с использованием сотовых сетей связи, Narrowband IoT (NB-IoT) является одним из ряда технологий Mobile IoT (MIoT), стандартизированных в рамках проекта партнерства третьего поколения (3GPP). NB-IoT развертывается «внутриполосным» в сотовом спектре, выделенном для сотовых сетей 4G LTE, используя блоки ресурсов в нормальной несущей LTE или в неиспользуемых блоках ресурсов в защитной полосе несущей LTE.


NFC: Для портативных устройств, таких как мобильные телефоны, NFC предоставляет стандартизованный набор протоколов связи, которые позволяют двум электронным устройствам общаться в непосредственной близости (обычно менее 10 см), поэтому это строго короткое соединение. Он часто используется для финансовых транзакций, таких как бесконтактные платежные системы и электронные мобильные билеты. Из-за короткого диапазона NFC одно из двух коммуникационных устройств NFC обычно является портативным. В противном случае простая пара проводов обычно обеспечивает более дешевую и простую связь.


Sigfox: Маломощные объекты, такие как счетчики электроэнергии или смарт-карты, которые необходимо периодически проверять и которые должны работать от батареи в течение многих лет или даже десятилетий, могут использовать собственный радиоинтерфейс Sigfox, чтобы иногда отправлять небольшие объемы данных в облако.


6LoWPAN: 6LoWPAN – это аббревиатура «IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks», это основанно на идее, что интернет-протокол (IP) может и должен быть применим даже к самым маленьким устройствам. Протокол 6LoWPAN позволяет маломощным устройствам с ограниченными возможностями обработки участвовать в сетях IoT, определяя механизмы, которые позволяют отправлять и принимать пакеты IPv6 по радиосетям на основе менее сложных уровней PHY и MAC IEEE 802.15.4 (который также служит в качестве основы для низкочастотных сетей Zigbee и других).


802.11 / Wi-Fi: повсеместный, быстрый и с собственной поддержкой IP, радиоинтерфейс Wi-Fi относительно легко интегрируется во встраиваемую систему для непосредственного подключения устройства к IoT.


802.15 / Zigbee: стандарт IEEE 802.15.4 определяет PHY и MAC для беспроводных персональных сетей с низкой скоростью передачи данных (WPAN). Zigbee основывается на стандарте 802.15.4 с беспроводным протоколом, предназначенным для создания средних или больших ячеистых сетей, которые связывают датчики и контроллеры.


Z-Wave: Z-Wave был разработан как простой в использовании низкоскоростной протокол беспроводной связи, который позволяет различным устройствам домашней электроники взаимодействовать с использованием надежного беспроводного протокола с низким энергопотреблением, который легко передает информацию через стены, полы и шкафы. Z-Wave – это проприетарный протокол, разработанный одним консорциумом и требующий лицензии на использование. В Z-Wave Alliance насчитывается более 700 компаний-членов, предлагающих более 2400 беспроводных, «интеллектуальных» продуктов, таких как бытовые приборы, оконные шторы, термостаты и домашнее освещение.




© digitrode.ru


Теги: Интернет вещей




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий