当前位置:首页 > 物联网 > 物联网技术文库
[导读] 为了更好的服务最终用户,公共事业公司和市政局开始扩展智能计量系统,以解决实时数据不断增长的问题。公共事业公司通过智能电表,能够更频繁和更有效的查看客户的能源消耗信息,同时也能快速识别、隔离,以及

为了更好的服务最终用户,公共事业公司和市政局开始扩展智能计量系统,以解决实时数据不断增长的问题。公共事业公司通过智能电表,能够更频繁和更有效的查看客户的能源消耗信息,同时也能快速识别、隔离,以及解决电力失效等问题。消费者也能通过互连来获取相关信息。室内网络设备均能实时报告其状态和能耗,并且还能响应公共事业公司发出的信息。采用智能能源和智能家居系统,消费者将更加方便和高效,例如,在电费最低的时候控制激活洗碗机,或是适时提醒用户需要添加洗涤剂。

无线网络技术核心特性和能力

Wi-Fi是基于2.4GHz频段的通信技术,其擅长在两节点之间快速传输大量数据,但同时消耗能量高,并且在星型配置中,每个AP限制在不超过15-32个客户端。

Bluetooth是另一种2.4GHz技术,其针对便携式设备,主要作为点对点的解决方案,仅支持几个节点。

ZigBee与Bluetooth和Wi-Fi共享相同的无线频谱,但仅用于满足低功耗无线传感器节点的特殊需求。

表1汇总目前的无线网络技术核心特性和能力

ZigBee:无线网状网络的优化解决方案

ZigBee基于全球标准,是一个开放的无线网状网络技术。与传统的网络架构不同,例如星型和点对点,网状网络采用最低成本节点为建筑物内的所有位置提供可靠覆盖(参见下图中网络拓扑结构选项对比)。ZigBee采用动态、自主的路由协议,基于AODV(Ad Hoc On-demand Distance Vector)的路由技术。在AODV中,当一个节点需要连接时,他将广播一条路由请求报文,其他节点在路由表中查找,如果有到达目标节点的路由,则向源节点反馈,源节点挑选一条可靠、跳数最小的路线,并存储信息到本地路由表以便用于未来所需,如果一条路由线路失败,节点能够简单的选择另一条替代路由线路。如果源和目的地之间的最短线路由于墙壁或多径干扰而被阻塞,ZigBee能够自适应的找到一条更长但可用的路由线路。

网络拓扑结构比较

例如,基于Silicon Labs EM35x Ember ZigBee SoC和EmberZNet PRO协议栈的无线传感器网络,可提供自配置和自修复的网状网络连通性,能够扩展连接单一网络中的数百或数千节点。“ZigBee认证产品”的快速开发得益于Ember AppBuilder,其隐藏协议栈细节,聚焦ZAP(ZigBee Application Profiles)实现的开发工具。通过图形化界面,开发人员能够快速选择应用所需的属性,然后由AppBuilder自动生成所需代码。

为发挥ZigBee网络灵活性的最大优势,需要高效的调试工具。网状网络的复杂性使传统网络分析工具(例如Packet sniffer)使用起来更加困难。事实上,由于包可能穿越多跳到达目的地,许多中间传输超出分析仪的应用范围。对于这个问题,目前唯一的解决方案是采用Silicon Labs桌面网络分析仪(Desktop Network Analyzer),此款分析工具功能强大,能够在图形化界面内展示网络中每个包收发的全貌,并且内置协议分析和可视化跟踪引擎,开发人员可以协调网络通信和装置的任务。

在某些情况下,网状网络并不是合适的选择,因为节点密度太低,因此无法提供有效的故障转移支持。例如,公路或铁路网络拓扑结构需要沿着狭长路径宽间距部署节点。同样,校园的外部设施对于采用网状网络来说过于稀疏。在这些环境中,星型拓扑结构结合可跨越更远距离,因而更可靠,更合适。

Sub-GHz:长距离和低功耗通信的理想选择

无线传播与频率成反比,在低功耗、长距离通信或穿墙能力上,sub-GHz射频更有优势。对于许多应用,433MHz成为2.4GHz的全球替代品(但日本不允许其用于无线应用)。基于868MHz和915MHz的设计可用于美国和欧洲市场。有许多可用的无需授权或需要授权的频段,对于系统集成商来说,既可选择在某些特定区域进行性能优化,或者配合公共事业公司在广阔区域设计系统。在这种多样化中,与2.4GHz频段相比,sub-GHz频段频谱干扰更少。干扰较少的频段能提高网络的整体性能,减少传输中的重传次数。

第三方和基于标准的网络协议栈可用于sub-GHz射频,但许多厂商仍选择专用解决方案来针对其特定需求。许多无线协议面临着一个问题,接口要不断激活 “监听”网络中通信。数据发射比数据接收消耗更多的能量,但是发射是短暂的,并且有长时间间隔,因此长期平均能耗通常更低。在许多无线协议中,接收器不知道消息何时到来。因此不得不保持监听以便不丢失任何数据,因此即使没有消息,接收器也不能完全关闭能耗。这种情形将限制节点的电池自主权,需要对电池定期更换或充电。

Sub-GHz收发器,例如Silicon Labs Si446x EZRadioPRO IC,支持从119MHz-1050MHz的频率范围,最大146dB的链路预算,以及休眠模式下仅需50nA电流消耗。为了减轻多径衰落的影响,EZRadioPRO芯片支持双天线,并在芯片内集成天线分集逻辑算法。通过采用跳频和时钟同步技术相结合的方法,系统集成商能够在协调器和终节点之间实现跨越数公里的sub-GHz网络,同时终节点采用单电池可运行十年以上。由此系统集成商能够采用少量协调器即能可靠覆盖特定区域,并且把终节点放置在主电源无法连接的地方。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除( 邮箱:macysun@21ic.com )。
换一批
延伸阅读

【2026年10月15日,德国慕尼黑讯】AI工作负载正在重新定义现代数据中心的供电需求。GPU性能持续提升、机柜功率密度不断增加,推动行业向800 VDC或±400 VDC供电架构演进。为满足这些需求,全球功率系统和物联...

关键字: AI服务器 电源 物联网

中国上海,2026年10月13日——东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)今日宣布,推出TCKE5系列电子保险丝(eFuse IC)四款产品,分别为“TCKE501UA”、“TCKE501UL”、“TCKE502UA...

关键字: 电子保险丝 SD存储卡 物联网

在物联网概念兴起之初,行业更多聚焦平台软件、云端算法与应用场景构想,大量项目停留在方案演示与概念落地阶段,存在重软件轻硬件、重展示轻落地的虚浮问题。随着产业进入规模化商用阶段,物联网正在加速脱虚向实,从过去的概念炒作、样...

关键字: 物联网 传感器 数据采集

随着物联网技术深度渗透工业、农业、智慧城市、环境监测等领域,海量分布式传感器节点构成了万物互联的基础感知网络。目前,绝大多数物联网传感器依赖传统化学电池供电,但电池固有的短板已成为制约物联网规模化、长效化部署的核心瓶颈。...

关键字: 物联网 传感器 能量采集

物联网产业正从简单的设备联网、数据采集,向高精度感知、智能分析、自主决策的复杂场景深度演进。智慧城市全域管控、工业智能运维、智慧农业精细化监测等场景,对物联网设备的多维度感知、实时运算、联动控制能力提出了更高要求。但长期...

关键字: 物联网 监测 低功耗

随着工业自动化深度升级、5G全域组网与物联网终端海量普及,电子供电系统正向高密度、低时延、高可靠、低功耗方向快速迭代。降压转换器(Buck)作为板级电能变换的核心器件,承担着高压总线电压精准降压、为各类终端芯片与模块稳定...

关键字: 物联网 降压转换器 通信单元

工业4.0的核心是设备互联、数据互通、智能决策与柔性生产,而工业物联网(IIoT)作为数据采集与传输的核心载体,面临设备协议异构、数据冗余量大、传输时延高、网络扩容难等行业痛点。传统工业扁平化网络架构软硬件耦合度高,新增...

关键字: 模块化 物联网 数据处理

随着物联网设备向微型化、多频段、低成本、快迭代方向快速发展,嵌入式天线设计已成为硬件开发的核心瓶颈。传统板载天线、陶瓷天线、FPC天线方案,普遍存在设计周期长、PCB布局限制多、频段适配性差、量产一致性低等问题,极大拖慢...

关键字: 天线 物联网 嵌入式

物联网作为数字世界与物理世界互联互通的核心载体,依靠各类传感器采集环境、设备状态等海量数据,而无线通信传输技术正是连接终端感知层与云端平台的关键纽带。伴随工业物联网、智慧家居、智慧城市、远程设备监测等场景持续落地,单一通...

关键字: 物联网 无线通信 传输技术

物联网作为数字经济的核心基础设施,已广泛渗透于工业制造、智慧城市、能源电力、智能交通等诸多领域。海量物联网终端全天候采集设备状态、环境参数、运行工况等海量数据,成为产业数字化转型的核心数据源泉。但传统物联网架构普遍存在“...

关键字: 边缘分析 操作数据 物联网
关闭