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📜  物联网/M2M 的 WPAN 技术

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:56:17.471000             🧑  作者: Mango

物联网/M2M 的 WPAN 技术

PAN（也称为 WPAN）是一种网络，用于在物理上靠近人的智能小工具（包括智能手机、平板电脑、身体监视器等）之间进行通信。 PAN 可用于支持无线体域网 (WBAN)（也称为无线医疗体域网 (WMBAN) 和医疗体域网系统 (MBANS)。不过，它们也可用于支持其他应用。医疗用途包括生命体征监测、呼吸监测、心电图 (ECG)、pH 监测、血糖监测、残疾援助、肌肉张力监测和假肢支持等。WBAN 的非医疗应用包括视频流、数据传输、娱乐和游戏。

PAN 的范围通常为几米。有问题的小工具有时被称为短距离设备 (SRD)。 PAN 可用于在个人设备之间进行通信（个人内部通信）或连接到更高级别的网络，例如 Internet。下表突出了三种无线技术的粗略比较，突出了 BAN/WBAN 的特性。 WBAN 技术可以在不同程度上满足医疗保健行业认为必不可少的以下重要需求。

S.No.Sr.NoWBANWSNCellular Wireless Networks
01.TrafficApplication-specificSporadic/cyclic, modest data rateMultimedia, high data rate
02.TopologyDynamicRandom, dynamicFew infrastructures changes
03.

Configuration/

maintenance

Some flexibility Specialists are neededSelf-configurable, unattended operationManaged by large organizations/ carriers
04.Standardization

Multiple (IEEE)

standards especially

at lower layers

Relatively little

standardization

Multiple international standards, ITU-T, ETSI, etc.

以下是支持 IoT/M2M 应用的关键无线技术和概念：

  • 3GPP： 3GPP 汇集了六个电信标准机构，称为“组织合作伙伴”，并为其成员提供稳定的环境来生成定义 3GPP 技术的报告和规范。这些技术在已被公认的商业蜂窝/移动系统世代中不断发展。3GPP 最初是推动全球移动通信系统 (GSM) 平台向 3G 发展的标准协作。然而，自最初的 LTE 和演进分组核心 (EPC) 规范完成以来，3GPP 一直是 3G 以外移动系统的重点。 3GPP 第 10 版及更高版本符合针对 IMT-Advanced“3G 之外的系统”的最新 ITU-R 规范。该标准目前支持速度高达 100 Mbps 的高移动性通信和速度高达 1 Gbps 的低移动性通信。 3GPP 最初的任务是为基于演进的 GSM CN 及其支持的无线电接入技术（即频分双工 (FDD) 和通用地面无线电接入 (UTRA) 和时分双工 (TDD) 模式）。该范围后来扩大到包括 GSM 技术规范和技术报告的维护和开发，以及先进的无线电接入技术（例如，GPRS 和 EDGE）。所有 GSM（包括 GPRS 和 EDGE）、W-CDMA 和 LTE（包括 LTE-Advanced）规范都包含在术语“3GPP 规范”中。
  • 3GPP2（第三代合作伙伴项目 2）： 3GPP2 是一个协作 3G 电信规范制定项目，包括北美和亚洲在制定 ANSI/TIA/EIA-41 蜂窝无线电电信系统间运营网络向 3G 演进的全球规范方面的兴趣，如以及 ANSI/TIA/EIA-41 支持的无线电传输技术 (RTT) 的全球规范。 3GPP2 包含基于 HS、宽带和互联网协议 (IP) 的移动系统，具有网络间互连和功能/服务透明性、全球漫游和与位置无关的服务，这要归功于国际电信联盟 (ITU) 的国际移动电信“IMT-2000”的努力。
  • 6LoWPAN：低功耗局域网上的 IPv6 (IEEE 802.15.4)： 6LoWPAN 基于 RFC 4944，6LoWPAN 目前是公认的在 802.15.4.TinyOS、Contiki 和 ISA100 和 ZigBee SE 2.0 等协议上运行 IP 的方法都支持。 RFC 4944 将 802.15.4 伪装成 IPv6 链接。它提供了简单的封装和高效的 100 字节数据包表示。它涵盖了以下主题：
    • 无状态头压缩的第一种方法
    • 数据报标签/数据报偏移
    • 网状转发
    • 确定始发地/最终目的地
    • 最少使用复杂的 MAC 层概念
  • ANT/ANT+： Dynastream 的传感器公司于 2004 年创建了 ANTTM，这是一种低功耗专有无线技术。该技术在 2.4 GHz 频段上运行。 ANT 设备可以在单个纽扣电池上运行数年。 ANT 的目的是将运动和健身传感器连接到显示设备。 ANT+TM 扩展了 ANT 协议并允许设备在受控网络中进行通信。作为采用 ANT+ 品牌的先决条件，ANT+ 最近推出了新的认证流程。
  • 蓝牙：蓝牙是一种基于 IEEE 802.15.1 的个人局域网 (PAN) 技术。它是由爱立信创建的便携式个人设备的短距离无线通信规范。蓝牙 SIG 在 1990 年代后期公开了他们的规范，此时 IEEE 802.15 小组接管并建立了基于蓝牙工作的独立于供应商的标准。 IEEE 802.15 子层包括
    • 射频层
    • 基带层
    • 链接管理器
    • L2CAP
  • 蓝牙经历了四次迭代，所有蓝牙标准都保持向下兼容。 BLE 是蓝牙 v4.0 的一个子集，其中包括一个全新的协议栈，用于快速建立基本链路。BLE 是作为蓝牙 v1.0 到 v3 中标准蓝牙协议的一部分引入的“电源管理”功能的替代方案.0（蓝牙是蓝牙联盟的商标，蓝牙联盟是一个商业组织，用于认证根据相应 IEEE 标准设计的特定设备的互操作性）。
  • EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)： GSMTM 无线接入技术已得到改进，可为电路和分组交换的数据应用提供更快的比特率。 EDGE 是作为对现有 GSM PHY 层的升级完成的，而不是作为一个独特的、独立的规范，通过更新现有的第 1 层规范来实现。 EDGE 除了提高数据速率之外，对上层的服务产品是透明的，尽管它是 HS 电路交换数据 (HSCSD) 和升级的 GPRS (EGPRS) 的推动者。例如，GPRS 可以提供 115 Kbps 的数据速率，而 EDGE 可以将其提高到 384 Kbps。这与早期宽带码分多址 (W-CDMA) 实施的速率相当，促使一些各方将 EDGE 视为 3G 技术而不是 2G（EDGE 系统可以满足 ITU 的 IMT-2000 规范，具有 384 Kbps).EDGE 通常被视为两代人之间的链接：一种 2.5G。
  • LTE（长期演进）： LTE 是一项 3GPP 倡议，旨在将 UMTS 技术过渡到 4G。 LTE 可以被视为一种架构框架和一组辅助机制，旨在在移动期间在 UE 和分组（IPv4、IPv6）数据网络之间提供平滑的 IP 通信，而不会中断最终用户的应用程序。与上一代蜂窝网络的电路交换模型相比，LTE 旨在提供单独的分组交换服务。
  • NFC（近场通信）：一组用于 PDA、手机和平板电脑等设备的标准，可以在它们彼此相距几英寸时建立无线通信。这些标准涵盖通信协议以及数据交换格式；它们基于现有的 RFID 标准，例如 ISO/IEC 14443 和 FeliCa（索尼开发的一种非接触式 RFID 智能卡技术，用于日本的电子货币卡）。 ISO/IEC 18092 以及 NFC 论坛定义的其他标准都是 NFC 标准的示例。 NFC 标准支持端点之间的双向通信（上一代系统仅是单向通信）。 NFC 设备也可以读取未供电的基于 NFC 的标签，因此该技术可以用来代替以前的单向系统。 NFC 应用包括非接触式交易。
  • 卫星系统：由于卫星通信在商业、电视/媒体、政府和军事通信中非常重要，因为它们固有的多播/广播能力、移动特性、全球范围、可靠性和快速响应能力或不利环境连通性 卫星通信是一种 LOS 单向或双向射频传输。由发射站（上行链路）组成的传输系统 用作信号再生器的卫星系统。

UMTS（通用移动电信系统）：

UMTS 是一种支持语音和数据 (IP) 网络的 3G 移动蜂窝技术，它基于 3GPP 制定的 GSM 标准。

  • 甚小孔径终端 (VSAT)：一个完整的最终用户终端（通常带有一个 4-5 英尺的微型天线），旨在与卫星传输的基于 IP 的数据网络中的其他终端进行通信，通常通过“星形”布置通过一个枢纽。这些服务通常包括争用和/或流量工程。集线器或网络运算符将控制系统并根据数据吞吐量或其他类型的使用来收费。 VSAT 用于广泛的远程应用，并且设计成本低。
  • Wi-Fi：基于 IEEE 802.11 系列协议的 WLAN，包括 802.11a、802.11b、802.11g 和 802.11n。
  • WiMAX： WiMAX 论坛成立于 2001 年 6 月，旨在促进 IEEE 802.16 标准的遵守和互操作性，将 WiMAX 定义为全球微波接入互操作性。 WiMAX 被 WiMAX 论坛定义为“一种基于标准的技术，能够提供最后一英里的无线宽带连接，作为有线和 DSL 的替代方案。”
  • 无线仪表总线 (M-Bus)：无线 M-Bus 标准 (EN 13757–4:2005) 规定了水表、燃气表、热表和电表之间的通信，并且在欧洲越来越流行用于智能计量或 AMI 应用.无线 M-Bus 将在 868 MHz 频段（从 868 MHz 到 870 MHz）运行；该频段在 RF 范围和天线尺寸之间提供了良好的折衷。德州仪器 (TI) 等芯片制造商通常为无线 M-Bus 提供单芯片 (SoC) 和双芯片解决方案。
  • ZigBee RF4CE 规范：目的驱动规范是为不需要 ZigBee 2007 提供的全功能网状网络功能的基本双向设备到设备控制应用创建的。由于 ZigBee RF4CE 具有较低的内存大小要求，它可以以较低的成本实施。简单的设备到设备拓扑有助于开发和测试，从而缩短上市时间。 ZigBee RF4CE 是一种多供应商可互操作的消费电子解决方案，具有简单、弹性和低成本的通信网络，可实现双向无线连接。该联盟通过 ZigBee 认证计划独立测试实施该规范的平台，并维护一个支持 ZigBee RF4CE 的 ZigBee 兼容平台列表。
  • ZigBee 规范：基于 IEEE 802.15.4 的基本 ZigBee 规范定义了 ZigBee 的智能、经济高效和节能的网状网络。它是一个由冗余、低成本、极低功耗节点组成的自我配置、自我修复网络，可实现 ZigBee 无与伦比的灵活性、移动性和使用性。 ZigBee 有两个功能集：ZigBee PRO 和 ZigBee。这两个功能集都控制了 ZigBee 网状网络的工作方式。使用最广泛的规范 ZigBee PRO 旨在实现低功耗并支持拥有数千台设备的庞大网络。 （ZigBee 联盟是一个商业组织，负责验证根据相应 IEEE 标准设计的各个设备的兼容性，拥有 ZigBee 商标。）
  • Z-wave： Z-wave 是一个无线生态系统，承诺通过遥控器 (RC) 连接家用电子产品和用户。它采用可轻松穿透墙壁、地板和橱柜的低功率无线电波。 Z波控制几乎可以添加到任何电子设备中。