四种短距离无线监控解决方案的性能对比
摘要：ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的短距离无线技术，在无线网状传感器网络和其它短距离应用(如家庭监控、建筑和工业环境)中被广泛采用。
Abstract：
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ZigBee" title="ZigBee">ZigBee" title="ZigBee">ZigBee技术，曾写过几篇关于它的长篇报告，话题包括数不清的产品预告，参加过一些它的会议，甚至摆弄过一些开发包。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的短距离无线技术，在无线网状传感器网络和其它短距离应用(如家庭监控、建筑和工业环境)中被广泛采用。
由于许多供应商都提供ZigBee芯片、模块和开发包，无论建立一个什么样的系统都是很容易的。但是你知道吗？ ZigBee技术尽管不错，但对于许多应用来说它的功能过于强大。有时建网状网并不需要ZigBee支持的复杂性和开销负担。所以，尽管ZigBee非常能干和引人注目，你还有其它选择。以下是一个快速的对比，帮助你选择对于你的设计问题最优的解决方案。
对比的基础
这里我们利用ZigBee作为对比的基础。表1(如下)概括了ZigBee所有最关键的特征。这些特征具代表性，并且随着具体供应商的不同而不同。而这都是你需要在无线链接中定义的要点。
要注意的是ZigBee实际上有3个版本。最普遍和广泛使用的是工作在2.4GHz微波频段以及 Wi-Fi、蓝牙和其它一些服务中的版本。即使大多数情况下它极少被使用，但它拥有最高的数据速率。其它版本工作在UHF频段。欧洲采用868MHz频段和20kbps的数据速率。而美国采用915MHz频段。对于大多数应用来说，40kbps的数据速率已经足够。低频ZigBee版本最大的优势就是他们通常可以覆盖一个较大的范围。
记住，ZigBee不仅仅是一个无线电收发器。其基本物理层和介质访问控制(MAC)层由IEEE根据802.15.4标准定义。ZigBee增加了网络、安全性和应用架构。最顶层是应用或一个ZigBee的应用描述。因此，ZigBee是一个全方位的、具备ZigBee联盟提供的多种应用的不同描述的协议。ZigBee联盟同时也提供测试和ZigBee使能产品的认证，以确保完全的互操作性。那会带来很大的好处，但是很多应用并不需要它，所以可以使用较简单的系统。
一些较大的ZigBee芯片供应商包括Atmel、Ember、Freescale Semiconductor和Texas Instruments(Chipcon)。
一些有趣的短距离解决方案
表2总结了ZigBee的一些可行选择方案，特别是当你执行较简单的监控项目，不需要复杂协议或网状网能力的时候。当然，这是有原因的。
WirelessUSB的方案来自Cypress Semiconductor。在P2P和M2P应用中它是有用的。它主要是为像鼠标和键盘那样的PC外围设备而设计的，但是它对游戏、玩具、远程控制之类也有效。它主要的优势在于充当一个HID，所以无线连接性对于在操作系统水平上的设计者来说是完全显而易见的，不需要特别的驱动器。其它潜在应用包括用户电子技术、家庭自动化、自动读表器、个人健康、娱乐系统和无线手机。
在表2描述的基本设备是Wireless USB LS版本，拥有一个10米左右的有限范围，一个长程版本的Wireless USB LR把它提高到超过50米。一个较新的Wireless USB LP版本是10米范围的，很低功率，但如果你需要的话也可以较高的数据率运转，采用DSSS的速率可达250kbps，而采用GFSK的速率则高达1Mbps。这些设备出色的地方在于他们提供了一个基本的协议，所以你不必为你的应用发明一个协议。但是它是相当简易和灵活的。M2P能力让你做成一个可以收集来自多种来源数据的系统。这些单一芯片的设备来自48引脚QFN封装，Cypress也销售一些完成的模块和一个完整的开发包。
其中一个较新的选择是来自Zensys公司的Z-Wave技术。这个无线系统针对家庭自动化，特别是像开/关灯、调暗或设置温度自动调节器等监控而设计。它或许不像ZigBee那样灵活，但是它可以让家庭自动化变得简单和低成本。
工作在高UHF频段的Z-Wave芯片具有不错的传输范围。数据速率被限制为9.6kbps，但是在家庭自动化中这已经足够了。这些芯片具有一个板上8051控制器和一些闪存。它们也运行DES和3DES编码，如果你需要那种类型的安全。Z-Wave有很好的发展势头，在它背后有Intel和Cisco的资金支持。而Z-Wave联盟则提供了超过125名成员的支持。
在表2的最后列举了一个简易ISM波段收发器的基本通用特征。你在这里看到的项目是我从最新的Analog Devices上手册拿来的。然而，一些其它的生产厂家制作这些低成本的设备。比如Micrel和Maxim。在美国，这些设备的依据是CFR第47部分的第15条条例。最普遍使用的频率是315MHz、492MHz和915MHz。
这些设备的低速(<10kbps)的短距离应用使用大多数简易的ASK/OOK。但是其他的短距离应用使用FSK 或GFSK来获得较高的数据率(20kbps到384kbps)。有时候，这些无线电收发器只执行物理层，所以你自己使用架构模板和协议。但是在你需要传递一个开/关编码或一些简单要求的情况下，在一般的伴随嵌式控制器中执行是相当容易的。其中一些最普遍的应用包括免钥入车系统、车库开门器、远程温度传感器和轮胎压力传感器。这就是准系统应用的出路。如果你不想自己去创建这些设备，那你也有很多可供选择的模板创建商。其中一些包括Cirronet、Lemos、Linx、Maxstream和Radiometrix。
其它方案
是的，这里我可能遗漏了一个可供选择的方案。你们中可能有人会问， Bluetooth在哪里。Bluetooth是一个很出色的无线系统，实际上它拥有最大的无线技术容量，包括Wi-Fi。可能会有人反对我忽略了Wi-Fi。但是这些技术的目标并不是以监控为主要目标的无线应用。相对于这些简单的应用来说，两者的功能都过于强大。是的，你可以认为它们是可供选择的，但是伴随而来的是较高的成本和复杂度开销。如果你只是需要短距离和便宜的方案，那就坚持我在本文中介绍的吧！
由于许多供应商都提供ZigBee芯片、模块和开发包，无论建立一个什么样的系统都是很容易的。但是你知道吗？ ZigBee技术尽管不错，但对于许多应用来说它的功能过于强大。有时建网状网并不需要ZigBee支持的复杂性和开销负担。所以，尽管ZigBee非常能干和引人注目，你还有其它选择。以下是一个快速的对比，帮助你选择对于你的设计问题最优的解决方案。
对比的基础
这里我们利用ZigBee作为对比的基础。表1(如下)概括了ZigBee所有最关键的特征。这些特征具代表性，并且随着具体供应商的不同而不同。而这都是你需要在无线链接中定义的要点。
要注意的是ZigBee实际上有3个版本。最普遍和广泛使用的是工作在2.4GHz微波频段以及 Wi-Fi、蓝牙和其它一些服务中的版本。即使大多数情况下它极少被使用，但它拥有最高的数据速率。其它版本工作在UHF频段。欧洲采用868MHz频段和20kbps的数据速率。而美国采用915MHz频段。对于大多数应用来说，40kbps的数据速率已经足够。低频ZigBee版本最大的优势就是他们通常可以覆盖一个较大的范围。
记住，ZigBee不仅仅是一个无线电收发器。其基本物理层和介质访问控制(MAC)层由IEEE根据802.15.4标准定义。ZigBee增加了网络、安全性和应用架构。最顶层是应用或一个ZigBee的应用描述。因此，ZigBee是一个全方位的、具备ZigBee联盟提供的多种应用的不同描述的协议。ZigBee联盟同时也提供测试和ZigBee使能产品的认证，以确保完全的互操作性。那会带来很大的好处，但是很多应用并不需要它，所以可以使用较简单的系统。
一些较大的ZigBee芯片供应商包括Atmel、Ember、Freescale Semiconductor和Texas Instruments(Chipcon)。
一些有趣的短距离解决方案
表2总结了ZigBee的一些可行选择方案，特别是当你执行较简单的监控项目，不需要复杂协议或网状网能力的时候。当然，这是有原因的。
WirelessUSB的方案来自Cypress Semiconductor。在P2P和M2P应用中它是有用的。它主要是为像鼠标和键盘那样的PC外围设备而设计的，但是它对游戏、玩具、远程控制之类也有效。它主要的优势在于充当一个HID，所以无线连接性对于在操作系统水平上的设计者来说是完全显而易见的，不需要特别的驱动器。其它潜在应用包括用户电子技术、家庭自动化、自动读表器、个人健康、娱乐系统和无线手机。
在表2描述的基本设备是Wireless USB LS版本，拥有一个10米左右的有限范围，一个长程版本的Wireless USB LR把它提高到超过50米。一个较新的Wireless USB LP版本是10米范围的，很低功率，但如果你需要的话也可以较高的数据率运转，采用DSSS的速率可达250kbps，而采用GFSK的速率则高达1Mbps。这些设备出色的地方在于他们提供了一个基本的协议，所以你不必为你的应用发明一个协议。但是它是相当简易和灵活的。M2P能力让你做成一个可以收集来自多种来源数据的系统。这些单一芯片的设备来自48引脚QFN封装，Cypress也销售一些完成的模块和一个完整的开发包。
其中一个较新的选择是来自Zensys公司的Z-Wave技术。这个无线系统针对家庭自动化，特别是像开/关灯、调暗或设置温度自动调节器等监控而设计。它或许不像ZigBee那样灵活，但是它可以让家庭自动化变得简单和低成本。
工作在高UHF频段的Z-Wave芯片具有不错的传输范围。数据速率被限制为9.6kbps，但是在家庭自动化中这已经足够了。这些芯片具有一个板上8051控制器和一些闪存。它们也运行DES和3DES编码，如果你需要那种类型的安全。Z-Wave有很好的发展势头，在它背后有Intel和Cisco的资金支持。而Z-Wave联盟则提供了超过125名成员的支持。
在表2的最后列举了一个简易ISM波段收发器的基本通用特征。你在这里看到的项目是我从最新的Analog Devices上手册拿来的。然而，一些其它的生产厂家制作这些低成本的设备。比如Micrel和Maxim。在美国，这些设备的依据是CFR第47部分的第15条条例。最普遍使用的频率是315MHz、492MHz和915MHz。
这些设备的低速(<10kbps)的短距离应用使用大多数简易的ASK/OOK。但是其他的短距离应用使用FSK 或GFSK来获得较高的数据率(20kbps到384kbps)。有时候，这些无线电收发器只执行物理层，所以你自己使用架构模板和协议。但是在你需要传递一个开/关编码或一些简单要求的情况下，在一般的伴随嵌式控制器中执行是相当容易的。其中一些最普遍的应用包括免钥入车系统、车库开门器、远程温度传感器和轮胎压力传感器。这就是准系统应用的出路。如果你不想自己去创建这些设备，那你也有很多可供选择的模板创建商。其中一些包括Cirronet、Lemos、Linx、Maxstream和Radiometrix。
其它方案
是的，这里我可能遗漏了一个可供选择的方案。你们中可能有人会问， Bluetooth在哪里。Bluetooth是一个很出色的无线系统，实际上它拥有最大的无线技术容量，包括Wi-Fi。可能会有人反对我忽略了Wi-Fi。但是这些技术的目标并不是以监控为主要目标的无线应用。相对于这些简单的应用来说，两者的功能都过于强大。是的，你可以认为它们是可供选择的，但是伴随而来的是较高的成本和复杂度开销。如果你只是需要短距离和便宜的方案，那就坚持我在本文中介绍的吧！
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