由于移動(dòng)設(shè)備、工業(yè)應(yīng)用、智能家居應(yīng)用和車輛連接性的不斷提高，用于數(shù)據(jù)通信的無線技術(shù)的重要性也持續(xù)增強(qiáng)。 正因?yàn)槿绱耍瑹o線技術(shù)在 2018 年比上年增長(zhǎng) 32%，如今已占工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)總額的 6%。 此通信介質(zhì)既包括使用傳統(tǒng) LTE 和未來 5G 技術(shù)的長(zhǎng)距離無線數(shù)據(jù)傳輸，也包括通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的短距離傳輸。
幾乎每個(gè)創(chuàng)新智能應(yīng)用均得益于這種持續(xù)改善和優(yōu)化的無線技術(shù)。 某些企業(yè)正在基于這個(gè)契機(jī)開發(fā)智能傳感器和節(jié)能執(zhí)行器。 例如，ZF 的能量采集開關(guān) (EHS)。 除了電子和機(jī)械組件之外，還提供了能夠在設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的，帶有各種無線電協(xié)議的軟件。 根據(jù)應(yīng)用的不同，市場(chǎng)上已經(jīng)確立了多種無線電協(xié)議，它們具有不同的屬性，因此各自具有優(yōu)缺點(diǎn)。 在本文中，將使用 ZF 的能量自給自足型無線開關(guān)作為示例，來演示一些最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)以及它們之間的關(guān)聯(lián)。
比較： 長(zhǎng)距離與短距離無線電頻率
長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸通過 LTE 以及未來的 5G 技術(shù)進(jìn)行。 由于其 1 到 10 千米的長(zhǎng)距離以及 100,000 kbps (LTE) 到高達(dá) 2,000,000 kbps (5G) 的高數(shù)據(jù)速率，這種無線技術(shù)找到了很寬的應(yīng)用光譜。 其中包括車輛之間的通信、無人駕駛的運(yùn)輸系統(tǒng)、操作無人機(jī)、自動(dòng)駕駛和虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。 這種無線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，可以長(zhǎng)距離傳輸大量數(shù)據(jù)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的距離范圍相比 5G 來說要小，在樓宇內(nèi)大約為 10 米，在室外可達(dá) 500 米。 數(shù)據(jù)速率也低很多，為 0.5 到 100 kbps。 然而與 LTE 或 5G 不同，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)沒有傳輸費(fèi)用，另外能耗也低很多。 因此，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)主要用于樓宇管理、照明控制和監(jiān)控等智能家居領(lǐng)域。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特性是其分散式體系結(jié)構(gòu)。 通過傳感器和執(zhí)行器的網(wǎng)狀連接形式，存在多個(gè)通信路徑在源頭和配對(duì)的最終設(shè)備之間傳輸信息。 此技術(shù)不但會(huì)擴(kuò)大傳輸范圍，而且可以改善傳輸可靠性。
能量采集開關(guān) – 用于樓宇自動(dòng)化的絕佳解決方案
ZF 的能量自給自足型無線開關(guān)無需電池，可用于在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的無線基礎(chǔ)架構(gòu)中觸發(fā)動(dòng)作，還可以用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 在此應(yīng)用中，該開關(guān)的能量采集技術(shù)非常出色。 僅需按動(dòng)開關(guān)這種機(jī)械致動(dòng)即可發(fā)出可靠的多冗余無線電信號(hào)。 此信號(hào)包含在相連設(shè)備之間進(jìn)行通信所需的所有基本信息。 市場(chǎng)上有多種類型的協(xié)議用于數(shù)據(jù)通信。 最受歡迎和最知名的是 W-LAN、WIFI 和藍(lán)牙，另外還有 ZigBee、KNX RF、EnOcean 和 Z-Wave。 具有如此多種不同協(xié)議的原因在于，它們具有不同的屬性。 根據(jù)應(yīng)用和最終設(shè)備的不同，不同的協(xié)議具有各自的特點(diǎn)，其合適度也有所差別。 ZF 的能量采集開關(guān) (EHS) 可以廣泛使用。 它已經(jīng)支持多種知名的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如 KNX RF、藍(lán)牙、EnOcean 和 ZigBee。
到目前為止，ZF EHS 也是唯一一款無需電池或外部電源即可若干次冗余性 (>7) 發(fā)出 KNX RF 電報(bào)的無線開關(guān)。 為此，ZF 需使用安森美半導(dǎo)體提供的微型芯片。 此芯片耗能極低，非常適用于此應(yīng)用。 因此，該開關(guān)可靈活集成到幾乎每個(gè)系統(tǒng)中 – 無論是智能家居、工業(yè)應(yīng)用，還是微觀移動(dòng)/電動(dòng)自行車等領(lǐng)域。
ZF 能量采集開關(guān)的功能和設(shè)計(jì)參數(shù)
每種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議均基于一個(gè)支持信息交換和傳輸?shù)墓潭l帶。 每個(gè)地區(qū)均具有自己的批核標(biāo)準(zhǔn)，包括可以使用哪個(gè)頻率范圍的相關(guān)信息，每個(gè)國(guó)家/地區(qū)也具有自己的首選無線電協(xié)議。 這具體取決于行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)及其具體要求，以及可以使用哪種協(xié)議來滿足這些要求，因?yàn)楦鞣N協(xié)議的特性不同。 例如在樓宇自動(dòng)化中，歐洲已經(jīng)確立 KNX RF 的頻率為 868MHz，因?yàn)榇祟l率可以很好地穿過墻壁和障礙物。 因此，開發(fā)新的無線電應(yīng)用（如 EHS）之前，首先需要確定目標(biāo)市場(chǎng)。
確定的頻率不但會(huì)影響發(fā)出電報(bào)所需的能量，而且會(huì)影響無線電范圍和天線設(shè)計(jì)。 因此，所選擇的協(xié)議對(duì)能量轉(zhuǎn)換器開發(fā)工作、所需能量管理和 EHS 的無線電技術(shù)影響巨大。
因?yàn)槲覀兊哪康氖且褂靡粋€(gè)通用型能量自給自足的無線電開關(guān)，所以此開關(guān)必須能夠兼容市場(chǎng)上目前可用的大多數(shù)重要標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 這需要該開關(guān)能夠產(chǎn)生一定的最低能量來發(fā)出相應(yīng)的路由協(xié)議。
協(xié)議相當(dāng)于系統(tǒng)內(nèi)的不同設(shè)備用作溝通介質(zhì)的一種語(yǔ)言。 該信息本身通過以相應(yīng)語(yǔ)言表示的電報(bào)進(jìn)行傳輸。 電報(bào)長(zhǎng)度根據(jù)協(xié)議的不同而不同。 其規(guī)則如下： 電報(bào)越長(zhǎng)，所需能量越多。
另一個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)速率（每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)），由協(xié)議類型定義。 頻率越高，數(shù)據(jù)速率越高。 電報(bào)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)速率又會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。 此參數(shù)表明將電報(bào)從發(fā)送方發(fā)送到配對(duì)接收方所需的時(shí)間。
頻率范圍
每種無線電協(xié)議均基于一定的頻率范圍。 所謂的 ISM 頻帶指的是無需任何許可或批準(zhǔn)即可使用的頻率范圍。 VO Funk 在全球范圍內(nèi)運(yùn)行，根據(jù)國(guó)際法對(duì)無線電服務(wù)和無線電頻率的使用進(jìn)行監(jiān)管。 根據(jù) VO Funk 的規(guī)定，以下頻帶在全球范圍識(shí)別為 ISM 頻帶：
| 從 | 到 | 類型 | 備注 |
|---|
| 6,765 MHz | 6,795 MHz | A | 短距離設(shè)備 (SRD) |
| 13,553 MHz | 13,567 MHz | B | (SRD) |
| 26,957 MHz | 27,283 MHz | B | (SRD) |
| 40,66 MHz | 40,70 MHz | B | (SRD) |
| 433,05 MHz | 434,79 MHz | A | SRD，僅地區(qū)1（歐洲、非洲、獨(dú)聯(lián)體國(guó)家和蒙古 |
| 902 MHz | 928 MHz | B | 僅地區(qū)2（北美和南美 |
| 2.4 GHz | 2.5 GHz | B | 特別是大量應(yīng)用在移動(dòng)娛樂電子產(chǎn)品中 |
A 型： 頻率必須由相應(yīng)的地區(qū)機(jī)構(gòu)進(jìn)行批準(zhǔn)。
B 型： 特定地區(qū)批準(zhǔn)的自由使用頻率范圍。
除了 ISM 頻帶之外，還有一些頻率范圍被保留專用于特定的地區(qū)，根據(jù)法律規(guī)定而不同。 例如，從 863 到 870 MHz 的 SRD 頻帶可用于歐洲和亞洲。 全球范圍內(nèi)的大多數(shù)設(shè)備的運(yùn)行頻率為 433 MHz（ISM 頻帶地區(qū) 1)、868 MHz（SRD 頻帶歐洲和亞洲）或 915 MHz（ISM 頻帶地區(qū) 2）。
頻率 2.4 GHz 是最常見的頻率范圍，可視為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 廣泛使用此頻率的原因在于它無需許可，可在所有地方使用。 這就意味著很多無線電網(wǎng)絡(luò)可基于此頻率范圍運(yùn)行，包括 W-LAN / WIFI、ZigBee 和藍(lán)牙。 因此使用這些協(xié)議進(jìn)行通信的設(shè)備最多。 其問題在于，無線網(wǎng)絡(luò)的速度和穩(wěn)定性取決于特定頻帶使用的強(qiáng)度。 在同一個(gè)頻率下使用的無線技術(shù)越多，該頻帶受到干擾的可能性就越大。
根據(jù) CEPT 的建議，在歐洲和亞洲使用 ISM 頻帶 868 MHz。 在智能家居行業(yè)，最常見的 KNX RF 協(xié)議在此頻帶運(yùn)行。 由于其干擾可能性較低、傳輸范圍更大和障礙物穿透性更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，EnOcean 和 Z-Wave 等其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也依賴于此頻率范圍。
在美國(guó)，ISM 頻帶 915 MHz 已經(jīng)獲得批準(zhǔn)。 EnOcean 和 Z-Wave 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也基于此頻率范圍運(yùn)行。
標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
目前存在很多不同的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 尤其智能家居行業(yè)比較有意思，因?yàn)樵撔袠I(yè)一直處于變化之中，且使用大量不同的協(xié)議類型。 很多公司均啟動(dòng)了很多創(chuàng)新型產(chǎn)品，提供自己的專屬無線電協(xié)議將客戶與其產(chǎn)品進(jìn)行綁定。
另外，耗電量也是一個(gè)流行話題，其目的是要盡可能消耗最少的能量。 EHS 也追求這個(gè)目標(biāo)，可在無附加能源的情況下運(yùn)行。 但也正因?yàn)槿绱耍瑢?dǎo)致其只能在單向通信系統(tǒng)中運(yùn)用。 所謂單向，指的是該開關(guān)只能在必要時(shí)通過機(jī)械致動(dòng)發(fā)送信號(hào)，而無法接收返回的信號(hào) – 因此只能單純用作一個(gè)無線電發(fā)送器。 例如，Z-Wave 無線協(xié)議是一種雙向無線通信技術(shù)。 發(fā)送器每次都會(huì)從接收器收到接收確認(rèn)。 因此提高了傳輸可靠性。 但是，此類發(fā)送器需要一個(gè)固定的附加電源來進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。
選擇恰當(dāng)?shù)臒o線電協(xié)議取決于應(yīng)用要求。 這些要求可能是所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、傳輸安全性或者距離范圍等。 下面是 EHS 可兼容的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因?yàn)樗鼈兣c ZF 的目標(biāo)市場(chǎng)一致。
KNX RF
KNX RF 是用于智能家居和樓宇自動(dòng)化的一種無線通信協(xié)議。 KNX 協(xié)會(huì)在 190 個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有 80,000 多個(gè)合作伙伴。
KNX RF 的優(yōu)點(diǎn)在于它與知名的 KNX TP（雙絞線）系統(tǒng)之間的完全兼容性。 這是一個(gè) 4V 總線系統(tǒng)，通過電纜以高于 9,600 bps 的速率從各種不同的傳感器和執(zhí)行器交換數(shù)據(jù)。
藍(lán)牙
最初藍(lán)牙形式主要用于連接耳機(jī)、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和汽車收音機(jī)。 其中涉及連續(xù)數(shù)據(jù)流的傳輸，如音頻、音樂或電話。
藍(lán)牙的最初版本為 4.0，也稱為藍(lán)牙低能耗 (BLE)。 這是一種非常節(jié)能的藍(lán)牙形式。 因此廣泛應(yīng)用于健康、運(yùn)動(dòng)、醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子、家庭自動(dòng)化和汽車電子等眾多領(lǐng)域。 藍(lán)牙的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是可兼容不同公司和不同行業(yè)的多種設(shè)備。
隨著藍(lán)牙 5.0 的推出，與 4.0 版本相比，其數(shù)據(jù)交換的速度得以成倍提高，距離范圍提高四倍，傳輸能力則提高了 8 倍。 另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)狀運(yùn)行，其中的每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備均可轉(zhuǎn)發(fā)來自相鄰設(shè)備的數(shù)據(jù)。 另外，同一個(gè)頻率范圍內(nèi)信號(hào)的干擾風(fēng)險(xiǎn)可以通過智能跳頻而得到限制，這種跳頻在自由信道上可達(dá)每秒 1,600 次。
EnOcean
EnOcean 無線協(xié)議主要用于家庭自動(dòng)化，重點(diǎn)關(guān)注能量自給自足技術(shù)。 2012 年，該協(xié)議被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO / IEC 14543-3-10。
ZigBee
ZigBee 是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于室內(nèi)設(shè)備通信的全球標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 但是 ZigBee 的采用比較有限。 其中一個(gè)原因在于，很多設(shè)備盡管具有認(rèn)證仍然無法與其他制造商的設(shè)備協(xié)同運(yùn)行。 很多制造商都在努力在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，均提供自己的專屬功能和協(xié)議。 因此，ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)變得更為廣泛，無法再完全支持最終設(shè)備。
距離范圍
無線電信號(hào)的距離范圍一方面受波長(zhǎng)的影響，另一方面受信號(hào)強(qiáng)度的影響。 一般來講，關(guān)于固定信號(hào)強(qiáng)度的說法如下： 頻率越高，距離范圍越小，反之亦然。 在室外，基于 868 MHz 頻率的無線電信號(hào)的范圍可能為 300 米（參考 ZF 產(chǎn)品）。 但是也有一些無線電信號(hào)在此頻率范圍內(nèi)可以覆蓋更遠(yuǎn)的距離。 對(duì)于 2.4 GHz 的無線電信號(hào)，一般其距離范圍大約為 100 米。
在樓宇中，信號(hào)會(huì)被障礙物阻擋，因此此范圍會(huì)大幅降低。 信號(hào)強(qiáng)度降級(jí)取決于障礙物的材料和厚度，以及配對(duì)傳感器和接收器設(shè)備的放置和布置。 例如，金屬和水泥的阻尼很高，而玻璃和木頭的阻尼則較低。 ZF 的 EHS 產(chǎn)生的傳輸強(qiáng)度為 0.33mWs，0 dBm 的藍(lán)牙信號(hào)在樓宇內(nèi)的范圍最高可達(dá) 10 米。 一般來講，頻率越低，穿透門、墻壁和天花板的能力越強(qiáng)。
電報(bào)長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)
電報(bào)的長(zhǎng)度和強(qiáng)度由標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定。 例如，KNX RF 的電報(bào)長(zhǎng)度為 35 字節(jié)，ZigBee 為 21 字節(jié)，EnOcean 為 14 字節(jié)。 一般來講，電報(bào)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，發(fā)送電報(bào)所需的能量越多。
數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間
數(shù)據(jù)速率由協(xié)議類型確定。 它表明了從發(fā)送方向配對(duì)接收方傳輸?shù)乃俣葹槎嗌?kbps。 一般來說，頻率范圍越高，數(shù)據(jù)速率越高。 尤其對(duì)于音頻數(shù)據(jù)流服務(wù)等大量數(shù)據(jù)傳輸來說更是如此，這種傳輸中的數(shù)據(jù)速率非常重要。 因此，W-Lan 無線電技術(shù)由于其較高的數(shù)據(jù)速率而在此領(lǐng)域領(lǐng)先于其他技術(shù)。
總之，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間對(duì)于 ZF 的 EHS 來說非常重要。 該數(shù)字可使用數(shù)據(jù)速率和電報(bào)長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。 電報(bào)越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)速率越低，從發(fā)送器發(fā)出所有數(shù)據(jù)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。 反過來說，這意味著無線電開關(guān)必須將機(jī)械致動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成電子形式，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)并以壓縮形式傳遞，直到信號(hào)完全傳輸為止。 為了確保傳輸安全性，同一個(gè)電報(bào)應(yīng)廣播三次以上。
結(jié)論
在樓宇自動(dòng)化、智能家居和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)具體要求的不同，各種不同類型的協(xié)議都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。 因此，安裝無線網(wǎng)絡(luò)之前，必須首先確定和制定具體的要求。 協(xié)議的屬性主要由基礎(chǔ)頻率確定。 選擇恰當(dāng)協(xié)議的基本要求是傳輸安全性和可靠性、距離范圍和能效。
通過過載頻帶中的跳頻、智能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的范圍擴(kuò)展以及使用能量自給自足型無線開關(guān)來降低能耗等創(chuàng)新解決方案，制造商們正在不斷努力優(yōu)化系統(tǒng)。 無線電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展也在幫助探索新的應(yīng)用，例如使用未來的 5G 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、使用藍(lán)牙使得電動(dòng)自行車系統(tǒng)更加智能，或者通過集成式無線電傳感器來識(shí)別可用停車空間等。
A 型： 頻率必須由相應(yīng)的地區(qū)機(jī)構(gòu)進(jìn)行批準(zhǔn)。
B 型： 特定地區(qū)批準(zhǔn)的自由使用頻率范圍。
除了 ISM 頻帶之外，還有一些頻率范圍被保留專用于特定的地區(qū)，根據(jù)法律規(guī)定而不同。 例如，從 863 到 870 MHz 的 SRD 頻帶可用于歐洲和亞洲。 全球范圍內(nèi)的大多數(shù)設(shè)備的運(yùn)行頻率為 433 MHz（ISM 頻帶地區(qū) 1)、868 MHz（SRD 頻帶歐洲和亞洲）或 915 MHz（ISM 頻帶地區(qū) 2）。
頻率 2.4 GHz 是最常見的頻率范圍，可視為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 廣泛使用此頻率的原因在于它無需許可，可在所有地方使用。 這就意味著很多無線電網(wǎng)絡(luò)可基于此頻率范圍運(yùn)行，包括 W-LAN / WIFI、ZigBee 和藍(lán)牙。 因此使用這些協(xié)議進(jìn)行通信的設(shè)備最多。 其問題在于，無線網(wǎng)絡(luò)的速度和穩(wěn)定性取決于特定頻帶使用的強(qiáng)度。 在同一個(gè)頻率下使用的無線技術(shù)越多，該頻帶受到干擾的可能性就越大。
根據(jù) CEPT 的建議，在歐洲和亞洲使用 ISM 頻帶 868 MHz。 在智能家居行業(yè)，最常見的 KNX RF 協(xié)議在此頻帶運(yùn)行。 由于其干擾可能性較低、傳輸范圍更大和障礙物穿透性更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，EnOcean 和 Z-Wave 等其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也依賴于此頻率范圍。
在美國(guó)，ISM 頻帶 915 MHz 已經(jīng)獲得批準(zhǔn)。 EnOcean 和 Z-Wave 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議也基于此頻率范圍運(yùn)行。
標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議
目前存在很多不同的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 尤其智能家居行業(yè)比較有意思，因?yàn)樵撔袠I(yè)一直處于變化之中，且使用大量不同的協(xié)議類型。 很多公司均啟動(dòng)了很多創(chuàng)新型產(chǎn)品，提供自己的專屬無線電協(xié)議將客戶與其產(chǎn)品進(jìn)行綁定。
另外，耗電量也是一個(gè)流行話題，其目的是要盡可能消耗最少的能量。 EHS 也追求這個(gè)目標(biāo)，可在無附加能源的情況下運(yùn)行。 但也正因?yàn)槿绱耍瑢?dǎo)致其只能在單向通信系統(tǒng)中運(yùn)用。 所謂單向，指的是該開關(guān)只能在必要時(shí)通過機(jī)械致動(dòng)發(fā)送信號(hào)，而無法接收返回的信號(hào) – 因此只能單純用作一個(gè)無線電發(fā)送器。 例如，Z-Wave 無線協(xié)議是一種雙向無線通信技術(shù)。 發(fā)送器每次都會(huì)從接收器收到接收確認(rèn)。 因此提高了傳輸可靠性。 但是，此類發(fā)送器需要一個(gè)固定的附加電源來進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。
選擇恰當(dāng)?shù)臒o線電協(xié)議取決于應(yīng)用要求。 這些要求可能是所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、傳輸安全性或者距離范圍等。 下面是 EHS 可兼容的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因?yàn)樗鼈兣c ZF 的目標(biāo)市場(chǎng)一致。
KNX RF
KNX RF 是用于智能家居和樓宇自動(dòng)化的一種無線通信協(xié)議。 KNX 協(xié)會(huì)在 190 個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有 80,000 多個(gè)合作伙伴。
KNX RF 的優(yōu)點(diǎn)在于它與知名的 KNX TP（雙絞線）系統(tǒng)之間的完全兼容性。 這是一個(gè) 4V 總線系統(tǒng)，通過電纜以高于 9,600 bps 的速率從各種不同的傳感器和執(zhí)行器交換數(shù)據(jù)。
藍(lán)牙
最初藍(lán)牙形式主要用于連接耳機(jī)、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和汽車收音機(jī)。 其中涉及連續(xù)數(shù)據(jù)流的傳輸，如音頻、音樂或電話。
藍(lán)牙的最初版本為 4.0，也稱為藍(lán)牙低能耗 (BLE)。 這是一種非常節(jié)能的藍(lán)牙形式。 因此廣泛應(yīng)用于健康、運(yùn)動(dòng)、醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子、家庭自動(dòng)化和汽車電子等眾多領(lǐng)域。 藍(lán)牙的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)是可兼容不同公司和不同行業(yè)的多種設(shè)備。
隨著藍(lán)牙 5.0 的推出，與 4.0 版本相比，其數(shù)據(jù)交換的速度得以成倍提高，距離范圍提高四倍，傳輸能力則提高了 8 倍。 另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)狀運(yùn)行，其中的每個(gè)藍(lán)牙設(shè)備均可轉(zhuǎn)發(fā)來自相鄰設(shè)備的數(shù)據(jù)。 另外，同一個(gè)頻率范圍內(nèi)信號(hào)的干擾風(fēng)險(xiǎn)可以通過智能跳頻而得到限制，這種跳頻在自由信道上可達(dá)每秒 1,600 次。
EnOcean
EnOcean 無線協(xié)議主要用于家庭自動(dòng)化，重點(diǎn)關(guān)注能量自給自足技術(shù)。 2012 年，該協(xié)議被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO / IEC 14543-3-10。
ZigBee
ZigBee 是一種基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于室內(nèi)設(shè)備通信的全球標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 但是 ZigBee 的采用比較有限。 其中一個(gè)原因在于，很多設(shè)備盡管具有認(rèn)證仍然無法與其他制造商的設(shè)備協(xié)同運(yùn)行。 很多制造商都在努力在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，均提供自己的專屬功能和協(xié)議。 因此，ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)變得更為廣泛，無法再完全支持最終設(shè)備。
距離范圍
無線電信號(hào)的距離范圍一方面受波長(zhǎng)的影響，另一方面受信號(hào)強(qiáng)度的影響。 一般來講，關(guān)于固定信號(hào)強(qiáng)度的說法如下： 頻率越高，距離范圍越小，反之亦然。 在室外，基于 868 MHz 頻率的無線電信號(hào)的范圍可能為 300 米（參考 ZF 產(chǎn)品）。 但是也有一些無線電信號(hào)在此頻率范圍內(nèi)可以覆蓋更遠(yuǎn)的距離。 對(duì)于 2.4 GHz 的無線電信號(hào)，一般其距離范圍大約為 100 米。
在樓宇中，信號(hào)會(huì)被障礙物阻擋，因此此范圍會(huì)大幅降低。 信號(hào)強(qiáng)度降級(jí)取決于障礙物的材料和厚度，以及配對(duì)傳感器和接收器設(shè)備的放置和布置。 例如，金屬和水泥的阻尼很高，而玻璃和木頭的阻尼則較低。 ZF 的 EHS 產(chǎn)生的傳輸強(qiáng)度為 0.33mWs，0 dBm 的藍(lán)牙信號(hào)在樓宇內(nèi)的范圍最高可達(dá) 10 米。 一般來講，頻率越低，穿透門、墻壁和天花板的能力越強(qiáng)。
電報(bào)長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)
電報(bào)的長(zhǎng)度和強(qiáng)度由標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定。 例如，KNX RF 的電報(bào)長(zhǎng)度為 35 字節(jié)，ZigBee 為 21 字節(jié)，EnOcean 為 14 字節(jié)。 一般來講，電報(bào)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，發(fā)送電報(bào)所需的能量越多。
數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間
數(shù)據(jù)速率由協(xié)議類型確定。 它表明了從發(fā)送方向配對(duì)接收方傳輸?shù)乃俣葹槎嗌?kbps。 一般來說，頻率范圍越高，數(shù)據(jù)速率越高。 尤其對(duì)于音頻數(shù)據(jù)流服務(wù)等大量數(shù)據(jù)傳輸來說更是如此，這種傳輸中的數(shù)據(jù)速率非常重要。 因此，W-Lan 無線電技術(shù)由于其較高的數(shù)據(jù)速率而在此領(lǐng)域領(lǐng)先于其他技術(shù)。
總之，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間對(duì)于 ZF 的 EHS 來說非常重要。 該數(shù)字可使用數(shù)據(jù)速率和電報(bào)長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。 電報(bào)越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)速率越低，從發(fā)送器發(fā)出所有數(shù)據(jù)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。 反過來說，這意味著無線電開關(guān)必須將機(jī)械致動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成電子形式，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)并以壓縮形式傳遞，直到信號(hào)完全傳輸為止。 為了確保傳輸安全性，同一個(gè)電報(bào)應(yīng)廣播三次以上。
結(jié)論
在樓宇自動(dòng)化、智能家居和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)具體要求的不同，各種不同類型的協(xié)議都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。 因此，安裝無線網(wǎng)絡(luò)之前，必須首先確定和制定具體的要求。 協(xié)議的屬性主要由基礎(chǔ)頻率確定。 選擇恰當(dāng)協(xié)議的基本要求是傳輸安全性和可靠性、距離范圍和能效。
通過過載頻帶中的跳頻、智能網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的范圍擴(kuò)展以及使用能量自給自足型無線開關(guān)來降低能耗等創(chuàng)新解決方案，制造商們正在不斷努力優(yōu)化系統(tǒng)。 無線電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展也在幫助探索新的應(yīng)用，例如使用未來的 5G 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、使用藍(lán)牙使得電動(dòng)自行車系統(tǒng)更加智能，或者通過集成式無線電傳感器來識(shí)別可用停車空間等。
