物聯網/M2M 的WPAN技術


物聯網和M2M

物聯網 (IoT) 裝置連線到現實世界的實體以傳送和接收連線到網際網路的資料。這裡的“事物”定義任何物理存在的實體,例如手錶、健康監測裝置、家用電器、交通系統等。這些裝置分析周圍環境的資訊,甚至在較少人工干預的情況下做出決策,並將結果透過連線的網路傳送到接收端。接收端可以是任何裝置,例如筆記型電腦、PC、平板電腦、iPad 等。這項技術將人們與他們舒適的環境和時間限制中的地點和事物聯絡起來,這在自動化世界中是以前無法想象的。

機器對機器 (M2M) 是兩個或多個裝置之間為了在同一網路內共享功能和資料的連線。它們可以在無需人工干預的情況下在連線的裝置之間共享、分析和傳送資料,這可以在有或沒有網際網路設施的情況下實現。這項技術主要用於遠端監控領域,例如大型組織的醫療、倉庫領域和製造業部門。它作為物聯網裝置在資料傳輸過程中到網路中連線的裝置的一個子集。這項技術還支援與家用裝置的互動,例如安全系統、智慧鎖、遙控器等。

WPAN 技術

無線個人區域網 (WPAN),也稱為個人區域網,它在較短的距離內將裝置連線到網路。它以較低的成本與個人空間內的裝置進行通訊。裝置可以是任何型別的裝置,例如筆記型電腦、手機、感測器、條碼閱讀器、印表機、揚聲器等,這些裝置都支援PAN功能。根據使用者的需求,可以建立有線和無線PAN,有線連線需要USB配置,而無線設定則需要藍牙、IrDA(紅外)、Wi-Fi、Z-wave等。

它允許使用者連線所有裝置,並且它們可以在較短的距離內使用網際網路設施相互通訊。這項技術有助於醫療部門監測患者的呼吸、pH 值、血糖水平和心率,並將更新的資訊透過網際網路連線傳送到已配置的裝置。

一些可以使用 WPAN 的示例包括智慧可穿戴裝置、數碼相機、支援 Wi-Fi 的裝置、燈光控制、醫療裝置、門鎖感測器系統等。

用於 WPAN 連線的技術(如藍牙、紅外、Zigbee、Z-wave 和無線體域網)在頻率、頻寬、覆蓋範圍、傳輸速度和終端使用者方面有所不同。

支援物聯網/M2M 應用的技術

1) 藍牙

透過向具有無線連線的裝置傳輸無線電波來提供短距離通訊。可以將印表機、揚聲器、耳機、鍵盤、智慧手錶、手機、筆記型電腦等裝置連線到藍牙選項。啟動資料傳輸連線的裝置稱為微微網 (主裝置),而接受連線的其他裝置稱為從裝置。

它提供 10 米到 100 米的較短範圍,頻率範圍為 2.4 GHz,頻寬支援 720 kbps 到 10 Mbps。這項技術可以在距離主裝置較短的距離內自動發現裝置,並且可以透過共享檔案(例如文字、圖片、影片內容、聯絡資訊等)與連線的裝置進行互動。

2) IrDA

紅外資料協會 (IrDA) 使用紅外波進行高速、低成本標準的資料傳輸。它支援各種裝置以無線方式提供點對點資料傳輸。上述藍牙中列出的裝置也支援紅外通訊以及紅外光譜和紅外攝影等。例如,要列印任何檔案,使用者應在印表機中啟用紅外埠並連線到源裝置以共享資料,無需任何電纜選項。

這項技術提供的覆蓋範圍為 1 米到 2 米,資料傳輸速度為 9600 Mbps 到 4 Mbps,頻率範圍為 300 GHz 到 400 THz。紅外裝置功耗低,電池續航時間更長。

3) IEEE 802.15

此標準提供使用啟用 Wi-Fi 的選項以低成本無線連線到物聯網裝置的選項。隨著 IEEE 小組的進步,802.15 標準支援各種範圍的個人區域網。這允許前面指定的裝置以及其他外圍裝置、智慧裝置、消費產品等。它具有藍牙技術和 802.11 的基礎,它們使用 MAC 和物理層進行資料傳輸。為了支援網路內的裝置並增強互操作性功能,IEEE 已經形成了包括 WPAN 802.15.1、802.15.2、802 15.3、802.15.4 和 802.15.5 的小組。

802.15.5 是最近開發的標準,頻率為 2.5GHz,頻寬範圍為 1Mbps 到 20+Mbps,覆蓋距離為 10m 到 100m。

4) ZigBee

這屬於 IEEE 802.15.4 組,旨在為家庭環境和使用連線的感測器裝置的中等規模群體提供網路功能。這在連線到用於家用電器的無線裝置的短距離裝置之間提供低成本的資料傳輸,這些裝置使用 ZigBee 協議與智慧裝置通訊。它使用星型和對等拓撲,具有三種節點型別:ZigBee 協調器、路由器和終端使用者裝置。

Wi-Fi 範圍涵蓋 10 米到 100 米的距離,資料速率高達 250Kbps,功耗較低,最多可支援 65000 個裝置。

5) Z-wave

這項無線技術主要用於住宅和汽車裝置,使其更安全和更智慧。Z-wave 產品包括恆溫器、安全門鎖、照明、掃描器、自動感測器等。所有這些都是透過建立具有環境內網際網路共享選項的智慧集線器連線來實現的。電氣裝置使用遙控器和以低成本傳輸無線電波的訊號來控制。它的物理覆蓋範圍為 100 到 800 米,頻率範圍為 900Hz,資料傳輸速率高達 100Kbps。

WPAN 技術使智慧物聯網裝置能夠在更短範圍內類似網路內相互通訊、處理和分析資料,無需人工干預。應用包括家庭自動化、醫療影片流、教育、遊戲、智慧車輛等等。近年來,大多數裝置都具有 Wi-Fi、藍牙和內建協議等選項,甚至還添加了高階功能,使其成為滿足客戶需求的智慧裝置。

更新於:2023年4月11日

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