|
|
|
|
| |
|
 |
無線網路天線 |
|
2.4GHz (WI-FI開放訊號) |
|
|
| |
|
|
2.4GHz+5GHz (雙頻天線) |
|
|
|
|
3.5G+4G (全頻天線) |
|
|
|
|
5GHz (5.1~5.9GHz全頻) |
|
|
|
|
|
|
|
無線網路配件 |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
| Home > 相關資訊 |
|
|
| 低功耗無線網路商機初現 |
藍牙、Wi-Fi和ZigBee在無線通訊領域都有一席之地；但基於不同原因，任何一種都不太適合無線感測網路應用。
用於感測和控制應用的無線產品及技術正迅速部署到實際應用；眾多分析人士、技術供應商和產品整合商都認同無線技術的大規模部署只是時間早晚的問題。
但目前標準訂定組織和技術供應商在眾多相互競爭、矛盾的解決方案及技術的議題上並未盡到多大職責，明白的說，許多公司的失敗案例乃起因於其應用範圍的不明確。
終端使用者和系統開發商需要訂定一套標準，其原因包含：符合全球規範、各產品間的互通性、第二貨源管道取得、進行價格競爭以及與大量知識接軌的機會等；此外還包括許多其他因素。
某些技術的開發成本相當高昂，必須倚靠量產規模才能達到經濟效益。要達到大量生產，全球市場需求呈現就是關鍵；而標準制定就是獲得全球接受的絕佳管道、是預備全球市場起飛的跳板。
無線感測系統架構
無線感測系統的基本架構包括三個層面，如圖1所示。
圖1：無線感測裝置的基本架構。
位於堆疊底層的是無線收發器，它負責將數位資訊轉換為可被發射器播送以及接收端重組的無線電磁訊號。
在以往的無線技術中，不是使用發射器做單純發射的動作，就是使用接收器來接收。現在，為了改善可靠性並提升性能，業界已開發出結合發射和接收的元件技術。
WiFi、藍牙與IEEE 802.15.4
晶片製造商需要量產規模帶來收益，而量產需要全球市場規模。要使一個全球技術市場起飛，歷史告訴我們制定標準就是關鍵。
標準化同時促成了Wi-Fi無線網路(技術上稱為IEEE 802.11 a/b/g/n/)和藍牙(基於IEEE 802.15.1規格定義的標準)的普及，在感測網路上也不例外，感測網路是由無線個人區域工作小組在2003年制訂的IEEE 802.15.4 (a/b)標準所管轄的。
上述三種技術都針對不同應用。Wi-Fi被認為是有線乙太網路PC通訊的替代方案：具有基地台及鄰近電腦的高速資料傳輸網路(即星型網路拓撲)。為達成高速區域資料傳輸，Wi-Fi所需功率通常來自於筆記型電腦的電池。
資料傳輸速率會隨著與基地台的距離增加而明顯降低。手機應用中的藍牙可視為一種應用中樞：它可將手機連接到耳機、GPS裝置或筆記型電腦上。
1 Mbps的藍牙資料傳輸率對傳送音訊而言已綽綽有餘，但它較Wi-Fi的資料傳輸速率低了至少一個數量級。但另一方面，藍牙的功耗較低，且通常透過手機電池供電。
一般來說，藍牙的通訊範圍也比Wi-Fi小，此即反映了手機必須出現在與耳機、筆記型電腦和GPS裝置鄰近的地方。
圖2：最顯著的感測網路堆疊標準示意圖。
感測器應用有截然不同的需求，特別是在功耗的部份：感測器一般必須在使用鈕扣電池、經由太陽能或振動環境獲取電能的條件下連續工作數年，這種電池無法像筆記型電腦或手機電池那樣充電。
其它感測器特有的需求是包含可靠性、通訊範圍、在單一網路中可能需要支援的大量節點以及自動網路組織的需要等因素所決定。另一方面，較低的資料傳輸速率一般來說是可被接受的，因為大多數感測器產生的資料量並不大，且一般不會需要連續資料輸出。
IEEE 802.15.4規格對無線感測收發器可說是主導者，或可說是唯一實現的標準。該標準的第一版是在2003年批准，並於2006年進行改版。有許多公司提供收發器晶片。
其中一些晶片製造商實現了小部分的標準，另一些晶片製造商則提供對某些應用來說具有實用性的附加功能。例如GreenPeak的GP-2000收發器，針對以鈕扣電池和無電池供電的應用，可提供功率最佳化的特性。
表1列舉了IEEE 802.15.4標準的主要參數並與藍牙進行了比較。
針對感測網路應用，業界正不斷投注在藍牙和Wi-Fi技術上，在這兩個案例中，藍牙和Wi-Fi都以非標準方式使用，在其既有的開發中穿插了IEEE 802.15.4原則。現在業界也普遍認為IEEE 802.15.4能為無線感測應用提供最佳解決方案。
並非所有技術供應商都遵循IEEE 802.15.4標準。一些公司出於降低複雜性和成本的考量，選擇自創專利的收發器。但這些專屬方案是否可獲得足以降低成本所需的數量尚待觀察。另外，降低複雜性時常伴隨著犧牲某些性能，也因此限制了這些方案的應用範圍。
網路堆疊
網路堆疊有兩個職責。首先，它構成並維持該網路；特別是無線網路堆疊必須要能應對節點間持續變化的無線連結品質。
例如在建築自動化應用中，走來走去的人(即一個人站在兩個節點之間)會對連結品質帶來巨大影響。因此，網路堆疊必須考慮到連結隨時都可能消失，進而造成一個節點甚至整個網路分支被隔絕的情況。
為防範干擾，網路堆疊必須能重新路由通訊路徑並建立新連結，以提供整體網路不受打擾的連結性。
網路堆疊的第二個職責是在可靠且有效的情況下，確保訊息能從源節點發送到目標節點。有效在此意味著延遲需求——訊息的傳輸時間——應被滿足，且必須避免在訊息的路由過程中出現瓶頸。
無線感測應用的範圍很廣，需求差異也很大，因此需要靈活的通訊技術，單靠硬體無法提供足夠的靈活性。它需要一個可編程堆疊，借此來減少前期投入成本並使供應商得以較低產量獲得正常回報。目前市面已推出許多標準網路堆疊，有許多正在開發中，它們全都建構在IEEE 802.15.4的基礎上。
ZigBee聯盟的影響
ZigBee聯盟是由眾多技術供應商和OEM廠商驅動的獨立標準組織。該組織最新達成的的里程碑是在2007年底完成的2組網路堆疊規格：即ZigBee和ZigBee PRO網路堆疊。
從使用角度來看，ZigBee堆疊適合一般包含10到幾百個裝置的住宅‘家庭’網路；而ZigBee PRO是ZigBee的超集，可增加功能來擴充網路以及更有效地應付來自其它技術的無線干擾。
這些特性使ZigBee PRO適合諸如商用建築等大規模的應用。目前該功能需要較大的可編程記憶體空間，因而增加了成本並限制了ZigBee PRO在許多消費市場的應用。
然而，歸功於晶片成本不斷地下降，我們預期ZigBee和ZigBee PRO間的成本差異不久將會變得微不足道，屆時，許多應用將會採用ZigBee PRO。
ZigBee聯盟並未將工業應用明確地排除在外，許多大型工業自動化企業已認定出一些非ZigBee優先特性名單上的其他特性需求。而其中兩個最主要的‘工業’特性是確認延遲和確認可靠性。
延遲是訊息從源端到目的地所需的時間。若源端是可編程邏輯控制器(PLC)而目的地是機台，嚴謹地控制延遲即為不可或缺的性能。
這就是為什麼明確鎖定工業自動化的標準會利用IEEE 802.15.4一種稱為保證時槽(GTS)的特性，它可以確保最壞情況下的訊息延遲；而目前ZigBee並沒利用保證時槽。確認可靠性指的是在兩個無線裝置間提供保證通訊路徑的能力。
可靠性的主要敵人是在相同無線頻段上來自其它用戶的無線干擾。就工作在2.4GHz頻帶的IEEE 802.15.4裝置來說，最主要的干擾來自Wi-Fi收發器，而大多數的干擾並不會徹底阻斷IEEE 802.15.4裝置。
但無論工作其上的網路堆疊為何，干擾確實會造成無線資料封包遺失。為緩和資料封包遺失造成的影響，工業應用所用的無線標準提供了一種能依照時間均勻分佈資料封包丟失的機制，因而增加了傳輸的預期性及可靠性。
ISA-100和無線HART
ISA-100和無線HART是兩個主要驅動工業無線自動化標準。ISA-100是由專注於工業自動化的非盈利技術機構——儀器、系統與自動化協會(ISA)所發明。ISA-100預計將在2008-2009年度推出一個標準規格。
無線HART不完全屬於工業感測協議，而是一個為工業自動化，用於歷史悠久但廣為盛行的HART產業(有線)匯流排標準的附屬品。無線HART本質上為HART的有線訊息傳輸協議提供了替代性選擇。
由於ISA-100和無線HART基本上都用來解決相同的問題，因此最近業界也在審視是否可將該兩項標準合而為一。最初版本很可能不具互通性且需要網路橋接(即一個處於兩系統間的轉換器)；後續版本或許會定義出一個共同語言。
工業標準帶來的強化同樣為商業建築自動化領域帶來優勢，但卻不是必要的。這種改進同時也增加了不少成本，因而限制了其在住宅和商業應用方面的採用。
專用無線技術
除標準無線感測技術外，一些公司還有自己特有的專門技術，而專門技術並非表示其規格是封閉的。
它意味著一家公司控制著技術的方向，並能有效壟斷市場。專利標準一般是為滿足單一或有限制的應用而開發。
實際上，專利技術的開發速度可比標準技術快得多，因它不必像標準技術那樣要在不同公司間達成共識。對一些特定應用來說，專利技術可能比標準技術更具優勢。
Zensys的Z-Wave和Cornis的Wavenis是兩種最著名的專利無線感測技術。Z-Wave是針對住宅自動化而設計，它最多支援237個節點就是例證。
該節點數對家用應用而言相當足夠，但無法滿足諸如飯店和辦公大樓等大型商業機構的需求。Wavenis同時也實現了自動讀表機的應用，但該公司也瞄準其他應用市場。
最新進展
即使在標準範圍內也存在許多技術差異化的機會。例如GreenPeak推出符合IEEE 802.15.4的收發器和堆疊，為超低功耗應用提供了附加功能。
該技術使無線系統得以使用鈕扣電池甚至是透過太陽能電池、振動能源採集器或其他環境能源轉換器獲得的能量來運作。
GreenPeak還開發出低功耗路由(LPR)技術，該技術不久後很可能成為標準。在LPR網路內，電池供電裝置可接收來自附近裝置的訊息並將其傳送到更長的通訊鏈路裝置。
目前的標準僅能在主電源供電方式下支援該功能。這是因為它要求設備處在連續監聽狀態，因此功耗相當高。
相反的，LPR除去了這種需要持續功耗的問題，它增加了一種時間同步機制，該機制使各項裝置能同時喚醒和開始通訊。
電子工程專輯/作者：Niek Van Dierdonck
|
|
|
|
| |
| |
| 崴海尼可網路 服務項目 |
增益強效天線 / 雙頻AC天線 / Dual-Band Wireless / 2.4G 4G 5G 網路天線
全向型天線 / 指向型天線 / 網狀拋物面天線5GHz / 監控影像易天納CPE設備
Assembly 各式電纜線組立 / 接頭、避雷器 / 高頻電纜線組立/ POE injector
服務專線：06-2523801、06-2522549 服務信箱：twsales@wifi-link.com
******* Screen Mode Copyright by WIFI-Link Technologies Co., Ltd. ********
|
|
|
