每日聚焦：关于无线网络标准的汇总大全

无线应用设计的关键就是要首先根据应用需求选择正确的无线连接技术，这决定了协议、互操作性、距离、稳健和应用。

如图所示，每个不同的无线标准，都有其优缺点，以下则是盘点的各项无线指标的详细对比（摘抄至TI的网络协议白皮书）。

经典蓝牙的优点：

(资料图)

• 网络类型：经典蓝牙专为短距离应用而设计，支持点对点等网络类型(P2P) 和星型网络拓扑。

• 吞吐量：经典蓝牙专为高数据吞吐量应用而设计，例如音频流，数据速率高达到 3 Mbps。

• 目标应用：通过无线耳机、扬声器和条形音箱传输音频。

蓝牙经典的潜在缺点：

• 功耗：经典蓝牙并未针对低功耗应用进行优化。

低功耗蓝牙的优点

• 网络类型：低功耗蓝牙专为支持点对点 (P2P)、星型和广播。低功耗蓝牙可用于健康监测器、个人电子产品、资产追踪器等应用。低功耗蓝牙是一种优秀的无线技术媒介，可以在两个设备间快速建立连接和交换数据，如智能汽车访问。

• 功耗：低功耗蓝牙专为超低功耗无线通信而设计，能够使用单个纽扣电池运行多年。该协议被设计为轻量级的，可以灵活地调整各种通信间隔参数，例如以 1 秒为间隔进行广播。

• 吞吐量：低功耗蓝牙4.0及更新版本的标准数据速率为 1 Mbps，足以满足大多数类型的

沟通。低功耗蓝牙 5 现在还支持高达 2 Mbps 的数据传输速度。

• 无线稳健性：低功耗蓝牙使用与其他无线技术共享的 2.4 GHz 无线频段，例如 Wi-Fi、Zigbee 和 Thread。为了减轻这个拥挤频段中的冲突，蓝牙使用跳频来沟通前先找一个开放的渠道。

• 目标应用：无线键盘、心率监测器、血压监测器、智能汽车门禁等等。低功耗蓝牙是使用最广泛的无线技术，因为它普遍存在于每部智能手机或平板电脑中。

低功耗蓝牙的潜在缺点：

• 范围：蓝牙不是为需要远距离连接应用而设计的。蓝牙需要一个网关桥连接到 IP 网络。

蓝牙Mesh网络的优势：

• 网络类型：基于现有的低功耗蓝牙技术，蓝牙网状网络扩展了无线网络的范围。通过多跳在网状网络中进行通信，有助于扩展无线连接的范围。支持从小到大多达 100 个具有工业级节点，同时提供自我修复的多路径网络。不会出现单点故障。一台设备与另一台设备连接并通信，建立 1:1 的关系。网络设备可以与创建中心网状网络的多个设备具有 1:1 的关系。

• 功耗：就像低功耗蓝牙一样，蓝牙网状网络专为超低功耗无线通信而设计并且能够使用单纽扣电池运行多年。该设备可以保持待机更长的时间，只要射频间隔开启时间更长。

• 示例应用程序：照明、HVAC、无线传感器网络、数据收集等等。

蓝牙Mesh的潜在缺点：

• 吞吐量：蓝牙网状网络并非为高数据吞吐量而设计。这是一个低延迟的应用程序。对于任何高数据吞吐量，建议使用低功耗蓝牙。

Zigbee的优势：

• 网络类型：Zigbee 技术是一种基于网状网络的协议，允许网络随着您的应用程序需求而增长。它支持自我形成和自我修复的网格。有四种不同的 Zigbee 角色；协调器、路由器、终端设备和绿色能源设备（Zigbee Green Power）。 Zigbee 主要用于楼宇和家庭自动化。

• 功耗：Zigbee 是一种低功耗无线通信，可在终端应用中实现较长的电池寿命。执行低功耗后，终端设备会定期唤醒以发送数据并尽快重新进入低功耗模式。

Zigbee Green Power Devices 甚至可以实现无电池应用，例如使用太阳能电池板收集能量。

• 无线稳健性： Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4（作为物理层和 MAC 层）的无线堆栈。 Zigbee 应用程序能够选择一个特定的通道来与多达 16 个通道进行通信。 Zigbee是自愈的，可以识别网络中损坏的节点并根据需要重新路由以保护网络。

• 范围：Zigbee 应用的典型范围是单跳距离可达 200 米。然而，Zigbee 可以实现通过菊花链网络中的多个 Zigbee 路由器，通过其网状网络功能进行远距离传输。

• 目标应用：您可以在各种家庭自动化控件中找到 Zigbee 网络，例如无线灯开关、恒温器，等等还有很多。 Zigbee 认证也保证与其他供应商的 Zigbee 认证产品的互操作性。

Zigbee 的潜在缺点：

• 网络类型：Zigbee 不提供连接到云的简单方法。连接到 IP 网络需要网关和地址转换层。

• 吞吐量：Zigbee 不是为高数据速率传输而设计的。它被设计为具有最大低数据速率的应用程序，吞吐量为 250 Kbps。

Zigbee Sub-1GHz，它结合了成熟、安全、可靠的低功耗 Zigbee 和超远距离通信。

Thread的优点：

• 网络类型：Thread 专为使用基于 IP 的网络的网状网络连接的家庭而设计。它的设计主要是用于楼宇自动化控制照明、恒温器和其他产品。Thread自我修复和自我形成，这意味着它自动升级或降级节点以确保网络中没有单点故障。此外，Thread可以与任何 IPv6 网关一起使用，从而可以轻松地将新设备调试到网络中。

• 功耗：Thread 设计用于在低功耗传感应用中运行，并将您的传感器连接到 IPv6网络。 Thread End Devices 可以长时间休眠，从而延长电池寿命。

• 范围：对于单跳，线程范围通常可达 200 米的视线范围。 Thread 是一个最多 32 跳的网状网络，从而支持更广的范围。

• 安全：默认情况下使用 AES-128 保护设备间通信。调试使用带有 ECJ-PAKE 的标准 DTLS。

• 目标应用：您会发现 Thread 网络被用于各种家庭自动化设备，例如灯泡、电子锁等等。 Thread 还设计为通过任何 Thread 认证设备进行控制。它可以很容易地与任何现有的应用程序框架。

Thread的潜在缺点：

• 吞吐量：基于 IPv6 的网络有高开销的可能性，因此 Thread 的 250 Kbps 吞吐量可能会无法足以满足现有 IPv6 部署。

• 应用不可知：Thread 没有规定可互操作的应用程序框架；Thread 验证网络的互操作性，不保证应用程序框架的互操作性。

Wi-Fi 的优点：

• 网络类型：Wi-Fi 能够支持星型连接（带有中央接入点的站点）、点对点连接（Wi-Fi direct）和网状网络。 Wi-Fi 在大多数家庭和企业环境中司空见惯，允许具有此功能的产品快速连接到现有基础设施的技术。

• 无线稳健性： Wi-Fi 支持在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段运行，使 Wi-Fi 产品能够灵活决定

他们想支持哪个频段。Wi-Fi 在 5 GHz 频段运行的能力使产品能够从较少的拥塞中获益提高绩效的渠道。此外，先进的 PHY 调制方案使 Wi-Fi 能够快速发送数据，减少时间和碰撞几率。

• 安全： Wi-Fi 拥有一个活跃的生态系统，该生态系统不断改进其安全性以使其保持最新状态并且能够抵御黑客攻击。

Wi-Fi 数据可以在传输前使用最新的 WPA3 个人和企业级加密进行加密。无线上网由于其原生 IP（如 TLS），它还具有多层安全性。

• 吞吐量：Wi-Fi 协议旨在可扩展以支持各种应用程序吞吐量要求，范围从边缘节点到网关。它支持快速无线 (OTA) 更新和吞吐量高达典型的物联网/边缘节点设备到 100Mbps 应用的MIMO（多输入多输出）。

• 功耗：Wi-Fi 协议灵活，平均功耗极低，同时连接到电池供电应用程序的网络。它也是每比特数据传输的最高能效。

• 目标应用： Wi-Fi 通常用于消费者、工业和企业应用，以实现无线连接在设备和云之间。 Wi-Fi 可以在视频监控、暖通空调、门禁等智能建筑产品中找到控制；用于医疗保健，例如病人监护仪、医疗设备；用于智能电表、太阳能/可再生能源、电动汽车充电；以及更多需要连接互联网和远程监控的智能产品。

请注意，Wi-Fi 是设备与互联网之间使用最广泛的无线通信标准之一。

Wi-Fi 的潜在缺点：

• 功耗：Wi-Fi 网络除了应用程序外还包括额外传输/接收周期的开销以维持 Wi-Fi 连接的要求。校准和 TX/RX 电流可以高于其他制造 Wi-Fi 的技术解决方案依赖于 AA 电池并具有更高的峰值电流消耗。

• 范围：由于在更高频率下传输的路径损耗增加，5 GHz 传输范围缩小。这也是降低其穿透固体表面（如家中的墙壁或天花板）的能力。

专用2.4GHz网络

• 网络类型：专有的 2.4-GHz网络允许您灵活地定制您的无线应用层协议设计，提供对等、网状或星形网络配置的灵活性。2.4 GHz在周围的免许可频段上运行，这意味着您可以以更低的成本部署您的应用。

• 功耗：专有解决方案可实现最佳的潜在功率优化，因为方式不受限制自定义数据传输的时间和持续时间。

• 吞吐量：可能会有比大多数无线标准更高的有效数据传输速率，因为您可以优化无线协议相关的通信开销。

• 目标应用：非常适合自定义无线协议应用程序以及与传统 2.4-GHz 无线协议的互操作性

应用。

专有 2.4 GHz 的潜在缺点：

• 标准：选择专有 2.4 GHz 以启用与现有标准不同的自定义协议。你必须定义不同对等点之间通信时的应用层协议。专有 2.4 GHz 协议不会与使用任何其他无线标准的设备互操作。

• 范围：2.4 GHz 网络通常不提供最长的范围（请参阅专有的Sub-1 GHz的远程专有网络）。但是，可以选择带有功率放大器(PA)的无线设备。

Sub 1GHz的15.4专用网络

• 网络类型：专有的Sub 1GHz网络，允许您灵活地定制您的无线应用层协议设计对等网络、网状网络或星型网络配置的灵活性。

• 无线稳健性：低于 1 GHz 的频段通常也没有 2.4 GHz 频段拥挤，因此提供了更强大的功能。但是，Sub-1 GHz 频谱带（通常为 300 MHz 至 900 MHz）因地理区域而异，在为全球部署设计产品时，需要考虑频段许可。

一些国家/地区在Sub 1GHz的范围内具有免许可的特定频段。例如，915 MHz 是美国的免许可频段，但不是全球的。

• 功耗：专有解决方案可实现最佳的潜在功率优化，因为您可以不受限制的自定义数据传输速率和持续时间。

• 范围：由于其较长的载波，低于 1 GHz 的频段可以传输更长的距离，使其能够穿透墙壁。然而，距离越长，数据丢失率越高。此外，还有使用功率放大器 (PA) 的选项，通过外部天线将它们扩展更多应用。

• 目标应用：非常适合需要长距离通信的应用，如计量、烟雾探测器或建筑物和温度传感器

工业应用。

专有的Sub-1GHz的潜在缺点：

• 标准：目前在 Sub-1 GHz 频段没有广泛接受的无线标准。在专有网络中，在不同对等点之间进行通信时，您必须定义应用层协议。

• 吞吐量：Sub-1 GHz 的数据吞吐量范围为 5 Kbps 至 500 Kbps，因此实际上低于更高频率数据传输如 2.4 GHz。频率越低，可以传输的数据带宽越低，因为频率带宽。

Amazon Sidewalk 的优势：

• 概述：Amazon Sidewalk 是一个共享网络，可为 Amazon Echo 设备、Ring 安全、户外灯等产品提供帮助，运动传感器在家里和门外都能更好地工作。启用后，Sidewalk 可以为您解锁独特的优势，支持社区中的其他 Sidewalk 设备，甚至是定位物品等创新应用。

• 网络类型：Amazon Sidewalk 是一个星形网络，旨在方便地连接门以外的设备。

• 功耗：终端节点中使用的收发器和无线 MCU 部署了相同的低功耗技术，允许节点在 AAA 电池供电下运行数年。

• 吞吐量：FSK – 50 Kbps，低功耗蓝牙 2 Mbps、1 Mbps、500 Kbps、125 Kbps。数据速率可能会发展。

• 无线稳健性： TI 的 Sidewalk 解决方案使用Sub 1 GHz频段和低功耗蓝牙。Sub 1 GHz也通常比 2.4 GHz 频段更从容，从而提供更强大的无线通信。有些国家有专门的Sub 1 GHz 的频段，无需许可。例如，915 MHz 在美国是免许可频段，但不是全世界。

• 范围：Sidewalk 允许节点使用其带宽的一小部分连接到相邻的 Sidewalk 桥，这意味着虽然在末端节点的范围内始终连接。

• 安全：有不同级别的安全性来保护客户数据和隐私。

• 目标应用：应用程序是无限的。智能家居、湿度传感器、车库门锁、泄漏和温度传感器、宠物追踪器、家庭安全等。

Matter 的优点

• 网络类型：Matter（Project CHIP）是一个应用程序框架，旨在运行多种基于 IP 的无线技术，包括Thread 或 Wi-Fi，并使用低功耗蓝牙来轻松配置。它旨在与各种现有的互操作

家庭或楼宇自动化生态系统，如智能扬声器或传感器，并连接到互联网。

• 功耗、吞吐量、范围、无线稳健性：这取决于底层的基于IP的无线技术。

• 安全：每个设备都需要身份验证和设备证明，以确保设备未被篡改。

• 示例应用程序：门锁、恒温器、温度传感器、电灯开关和更多互联家庭自动化设备

Matter 的潜在缺点：

• 设备要求：高内存要求

MIOTY的优势：

• 概述：MIOTY技术是一种全新的低功耗广域网（LPWAN）解决方案，基于 ETSI 103 357标准。MIOTY 通过低于 1 GHz 的通信实现远距离，并提供强大的网络，因为创新的电报拆分。电报拆分还使 MIOTY 能够在一个基础上扩展到数千个设备站点。目标应用是超低功耗传感器设备，例如计量和环境/工业监控。

• 网络：MIOTY 是一个拥有+10,000 个节点的星型网络。

• 功耗：MIOTY 用于超低功耗应用。使用 mioty，您可以获得长达 15 年以上的电池寿命

。

• 吞吐量：MIOTY 的数据速率非常低，为 400 Bps，通信范围很远。

• 范围：MIOTY 在远距离方面表现出色，在城市环境中可达 5 公里，在农村地区可达 15 公里。

• 示例应用：MIOTY 非常适合低数据速率就足够的应用。在智能电网领域，流量计（煤气和水）就是一个很好的例子。资产跟踪是另一个与 MIOTY 相得益彰的应用程序。一个迅速不断增长的市场是智能农业。这包括环境和土壤监测、农场资产跟踪等应用，和灌溉控制。

MIOTY 的潜在缺点：

• 吞吐量：MIOTY 不适合需要更高吞吐量的应用，例如电表。

Wi-SUN 的优势：

• 概述：Wi-SUN® 是一种基于标准的网状网络，具有跳频功能。 Wi-SUN 联盟拥有 300 多个来自 46 个国家/地区的成员，在全球部署了超过 1 亿台设备。 Wi-SUN 支持基于多层安全的IPv6协议和标准。该标准支持多种数据速率和频段，以满足世界范围内不同的监管要求。应用包括智能电网和智能城市应用，经过认证的产品可实现多供应商互操作性。

• 网络类型：Wi-SUN 是一个网状网络，其中单个边界路由器通常支持数百个节点。多重边框可以使用相同的网络名称部署路由器，但可以配置不同的 PAN ID 或不同的网络名称以进行扩展网络到数千个节点。多个边界路由器还可以提高整体网络的稳健性。

• 范围：典型的 Wi-SUN 网络将以 5 - 10 跳覆盖多达几平方公里的市区。 Wi-SUN 1.0 标准最多允许 24 跳。

• 功耗： Wi-SUN 1.0 网络中的所有节点都是路由器，并非用于电池供电。未来版本该标准也打算支持电池供电的设备。

• 安全： Wi-SUN FAN 1.0 支持基于 IEEE 802.1x 规范的一流网络安全。它使用公钥具有 x.509 证书的基础设施，并且 Wi-SUN 网络上的每个设备都应该有自己唯一的证书。设备身份证书可以从 Wi-SUN 联盟批准的第三方证书颁发机构 (CA) 或可以使用制造商 CA。

• 示例应用程序：Wi-SUN 产品的最大安装基础是智能计量，但智能城市应用，例如街道照明越来越受欢迎。 Wi-SUN 非常适合任何需要长射频传输范围的智慧城市应用，良好的安全级别和大量节点。

Wi-SUN 的潜在缺点：

• 功耗：Wi-SUN FAN 1.0标准只支持常亮的路由器，对电池是个挑战。该标准的未来目标还包括支持使用电池运行的休眠节点。

• 安全： Wi-SUN FAN 1.0 需要使用安全证书，这会在需要高级别安全性的应用程序中增加开销。

Wireless M-Bus的优点：

• 概述：Wireless M-Bus (wM-Bus) 是欧洲唯一的无线抄表标准，被广泛采用。它已经在几个欧洲国家部署了 15 年以上。 wM-Bus是基于欧洲标准 (EN) 13757-4，涵盖仪表和数据采集器之间的通信规范。

• 网络：wM-Bus 是一个最多包含 1,000 个节点的星型网络 (LPWAN)。这是为了覆盖社区和城市的仪表。

• 功耗：wM-Bus 的设计考虑了超低功耗。由于计量设计的性质，大多数wM-Bus 设备使用锂电池运行。