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第11章 創(chuàng)新技術(shù)推動城市智慧化進程(6)

智慧城市之路:科學治理與城市個性 作者:中國電信智慧城市研究組


IEEE 802.15.4根據(jù)設備所具有的通信能力將設備類型分為兩種:全功能設備(Full Function Device,F(xiàn)FD)和精簡功能設備(Reduced-Function Device,RFD)。其中FFD設備可以作為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器PAN(Personal Area Network coordinator,PAN)或普通設備。FFD設備可以和RFD設備相連,也可以和其他FFD設備相連,但RFD設備只能和FFD設備相連。RFD設備主要用于簡單的控制應用,如燈的開關、被動式紅外線傳感器等,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少且往往只和一個FFD相連,對傳輸資源和通信資源占用不多,這樣RFD設備可以采用非常廉價的實現(xiàn)方案。

(3)Zigbee/Zigbee Pro技術(shù)

Zigbee/Zigbee Pro基于IEEE 802.15.4的物理層和MAC層,制定了網(wǎng)絡層和應用子層規(guī)范,可支持各種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本無線通信應用。

Zigbee的主要技術(shù)特征包括:

— Zigbee/Zigbee Pro定義了網(wǎng)絡層、安全層、應用層,以及各種application profile;

— Zigbee/Zigbee Pro定義的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)為星形網(wǎng)絡和mesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的結(jié)合,具有自組織、自愈能力;

— Zigbee的網(wǎng)絡層采用按需路由算法AODV,在節(jié)能和網(wǎng)絡性能上都有很大的優(yōu)勢;

— Zigbee Pro安全性更加靈活:支持分離密鑰;提供“標準安全模式”和“高級安全模式”兩種安全模式,標準安全模式能保護特定的節(jié)點對節(jié)點的應用級數(shù)據(jù)不被網(wǎng)絡中其他無關節(jié)點獲取,高級安全模式為設備驗證、密鑰管理和分配提供更有效的保護。

Zigbee聯(lián)盟有較多的成員,并且已經(jīng)形成了一個較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈,很多廠商生產(chǎn)出大量基于Zigbee/Zigbee Pro的無線通信芯片,并且很多系統(tǒng)集成商針對各種短距無線通信應用提供了很多基于Zigbee/Zigbee Pro的系統(tǒng)解決方案,Zigbee/Zigbee pro是目前應用最廣泛、解決方案最多的一種標準。

盡管Zigee標準體系已比較完善,但目前各廠家的Zigbee產(chǎn)品仍然存在無法兼容問題,Zigbee pro(2007規(guī)范)已經(jīng)開始著手解決此問題。

(4)Z-Wave技術(shù)

Z-Wave是低功率、近距離物物無線互聯(lián)應用的一種解決方案,主要面向家庭住宅與輕型商業(yè)環(huán)境。Z-Wave的低功耗、低成本、易用性以及健壯性使其易于嵌入電器產(chǎn)品,特別是使用電池供電的遙控器以及各種傳感器。

Z-Wave使用868.42MHz和908.42MHz兩個頻段進行通信并為低負荷傳輸優(yōu)化,具備9.6Kbps和40Kbps兩種通信模式,主要適用于傳輸控制指令及設備元數(shù)據(jù)的無線傳輸應用。Z-Wave支持網(wǎng)狀拓撲,其多點對多點的連接方式可提供更高的可靠性及更大的覆蓋范圍。

Z-Wave不是一個開放的標準,僅向Zensys(已被Sigma Designs收購)的授權(quán)客戶提供。Zensys與超過160家制造基于Z-Wave標準的產(chǎn)品的制造商共同組成了Z-Wave聯(lián)盟。作為ZigBee的有力競爭者,Z-Wave近年來在家庭自動化領域發(fā)展迅速,商用化程度較高,目前已在該市場占據(jù)了主要份額。

自從Z-Wave技術(shù)的開發(fā)商Zensys于2005年推出了面向Z-Wave通信的芯片ZW0201,到目前為止共有上百種基于Z-Wave技術(shù)的產(chǎn)品面世,主要用于照明控制、傳感器、HVAC控制、家電控制、安防等領域。在歐美地區(qū),已經(jīng)有上百萬的家電使用了Z-Wave技術(shù)。

(5)WirelessHART技術(shù)

WirelessHART是由HART通信基金會開發(fā)的開放式無線網(wǎng)絡技術(shù),使用了一種時間同步、自適應、自修復的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),并支持運行于IEEE 802.15.4定義的2.4GHz ISM頻段。其開發(fā)目的是為了滿足過程測量、控制以及資產(chǎn)管理應用中對可靠、安全、高效的無線通信的關鍵需求。由于其基于HART通信協(xié)議的設計,WirelessHART在使客戶能夠快速、方便地在無線技術(shù)中獲益的同時可以兼容現(xiàn)有的設備、工具及系統(tǒng)。

該技術(shù)標準在2004年由37家HART通信基金會公司共同開始制定,在2008 年9月19日正式獲得國際電工標準委員會(IEC)的認可,成為一種公共可用的規(guī)范(IEC/PAS 62591Ed.1),它是第一個獲得這一級別國際認證的工業(yè)監(jiān)控應用解決方案。

目前該技術(shù)主要用于工業(yè)自動化領域,在經(jīng)過IEC的認可之后,WirelessHART在未來市場上對用戶的說服力將大大增強,并可能借助廣泛安裝的基于HART通信協(xié)議的設備迅速拓展無線儀表市場。

(6)藍牙技術(shù)

藍牙(Bluetooth)是一種支持設備短距離通信(一般10m內(nèi))的無線電技術(shù),能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。

利用藍牙技術(shù),能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信,從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。

藍牙采用分散式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及快跳頻和短包技術(shù),支持點對點及點對多點通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段,如圖11-7所示。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。


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