常用2.4Ghz無線技術的對比

文/馮帥博

隨著儀器儀表應用場景的日益增多，短距離無線通信技術在儀器儀表中的應用也越來越廣泛，現對工作于2.4 GHz(ISM)頻段常用的短距離無線通信中ZigBee、藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi三者的技術優勢、缺點進行分析，結合樹莓派的探討具體應用場景。

1 短距離無線通信技術及其分類

短距離無線通信技術在儀器儀表行業中主要應用有ZigBee、藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi、lora、NB-IOT等，尤其以ZigBee、藍牙、Wi-Fi應用最為廣泛，典型應用場景一般為30M以內進行儀器數據的傳輸。

Zigbee這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。

藍牙技術最初由愛立信創制，誕生于1994年，為建立手機及其附件間的通信，愛立信決定開發一種低功耗、低成本的無線接口。

Wi-Fi(Wireless Fidelity，無線保真技術)即基于IEEE 802．11協議標準的無線局域網技術，是Wi-Fi聯盟制造商的商標做為產品的品牌認證，Wi-Fi聯盟成立于1999年，傳輸距離在100M左右，是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術。

2 ZigBee、Wi-Fi、藍牙等常用2.4Ghz無線技術的優缺點

2.1 ZigBee技術的優勢及不足

ZigBee技術優勢主要包括低功耗，低成本，可靠性，網絡容量大，工作頻段靈活等幾個方面。

同時ZigBee也存在著傳輸范圍小，數據傳輸速率低，時延不易確定等一些不足。

2.2 藍牙技術的優勢及不足

藍牙技術存在低功耗，延遲低，穩定度高，安全度高等優勢。

藍牙技術的缺點也很明顯，如數據傳輸瓶頸問題。同時，應用藍牙技術的無線傳輸，一般有效的范圍在 10 米左右，且抗干擾能力不強、信息安全問題等問題也是制約其進一步發展和大規模應用的主要因素。

2.3 Wi-Fi技術優勢及不足

Wi-Fi的傳輸速度很快，最高可超過300Mb／s，符合個人和社會信息化的需求。在網絡覆蓋范圍內，允許用戶在任何時間、任何地點訪問網絡，隨時隨地享受一系列寬帶信息增值服務。并實現移動辦公。

由于 Wi-Fi 采用的是射頻技術，通過空氣發送和接收數據，使用無線電波傳輸數據信號，比較容易受到外界的干擾。數據包在傳送的過程中都可以被外界檢測或接收，信息安全是個隱患，雖然數據可以經過加密后傳輸，但在數據包足夠多的情況下，仍有被黑客破解的可能。

ZigBee、Wi-Fi、藍牙無線技術的對比如表1所示。

因此，從儀器儀表的互連易用化來看，ZigBee具備的最強的競爭力，同時，ZigBee聯盟的廠家眾多，例如ZLL，飛利浦、歐司朗、GE、Freescale、TI、Atmel、Marvell等公司均在重點推廣基于ZigBee技術的儀器儀表互連互通，行業支持力度很強。而Wi-Fi技術，實現了網絡傳輸的標準化，可以實現數據傳輸的互聯互通，但對應用層沒有做任何定義。藍牙技術的情況跟Wi-Fi技術類似，雖具有傳輸管道的特性，但沒在應用層上做定義，互操作很難，CSR的MESH，還沒納入藍牙的標準，只是CSR自己搞的一個創新而已，從標準化的角度而言，還有很長的路要走。

從儀器儀表構建物聯網的網絡扁平化需求來看，Wi-Fi技術最符合云管端的架構，與TCP/IP無縫對接，網絡架構最簡單、最扁平網絡?；赯igBee技術構建的無線網絡屬私域網，獨立成一個ZigBee的網絡，需要通過網關與網絡對接。而藍牙技術屬于比較簡單的星型網絡，可以與儀器儀表直接連接，但如果要進入網絡的話，需要專有網關設備進行中轉。

表1

從接入簡單化來看，ZigBee技術在應用層實現一鍵入網操作，極大簡化了入網流程，符合極簡操作趨勢。藍牙技術對于設備搜索和配對，藍牙有成熟的應用，CSR的藍牙MESH也可以實現，但對于無屏的應用場景，無解決方案。

3 結束語

無線通信技術在儀器儀表通信網絡中的應用逐漸增加，作為無線通信技術代表的ZigBee、Wi-Fi、藍牙三種標準無線通信技術在實現儀器儀表的無線測控系統與以太網互聯的應用中均有優勢和不足，作為儀器儀表研發工作者，在研制儀器儀表中改如何選擇，則應對儀器儀表工作場景進行具體評估分析后確定，無線通信技術在儀器儀表行業中的應用，優化擴展了整個儀器儀表的應用廠家，為儀器儀表控制領域從有線向無線云端延伸提供了關鍵的解決途徑。