本文主要是給大家梳理一下目前市面上常用的一些無線通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，幫助大家了解一下不同的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由來和各自特點(diǎn)。
首先說一下IEEE 802.15.4，IEEE 802.15.4是一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前常用的無線通訊協(xié)議大多數(shù)是在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的底層協(xié)議基礎(chǔ)上，開發(fā)的上層協(xié)議而演變出來的，它規(guī)定了低速率無線個(gè)域網(wǎng) （LR-WPAN）的物理層和媒體訪問控制 ，并由IEEE 802.15工作組維護(hù)，該工作組在2003年定義了該標(biāo)準(zhǔn)。它是Zigbee的基礎(chǔ)，另外像諸如 ISA100.11a ，WirelessHART ， WIA-PA ， 6LoWPAN 和SNAP規(guī)范，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都是通過開發(fā)IEEE 802.15.4中未定義的上層進(jìn)一步擴(kuò)展了標(biāo)準(zhǔn)。類似于以上幾種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，Lora是基于IEEE802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了上層標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展定義，而IEEE802.15.4g是在IEEE802.15.4基礎(chǔ)上對物理層和MAC層做了調(diào)整。除此之外wifi是基于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種無線局域網(wǎng)技術(shù)，通常使用2.4G UHF或者5G SHF ISM射頻頻段。IEEE 802.15.1是由 IEEE 制定的一種藍(lán)牙無線通信規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）。可以說原版IEEE802.15.1來源于藍(lán)牙規(guī)范并與藍(lán)牙1.1完全兼容使用。
接下來我們詳細(xì)說一下目前在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的幾種無線技術(shù)，有ZigBee、WirelessHart、WIA-PA、Lora、WiFi、藍(lán)牙bluetooth、NB-IOT、BeeLPW-T。
ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用是中國油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化采集控制設(shè)備規(guī)范中明確物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層采用ZigBee通訊協(xié)議，應(yīng)用層通訊采用A11-GRM通訊協(xié)議。
WirelessHART是第一個(gè)專門為過程工業(yè)而設(shè)計(jì)的開放的可互操作的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工業(yè)工廠對于可靠、強(qiáng)勁、安全的無線通訊方式的迫切需求。作為HART7技術(shù)規(guī)范的一部分，除了保持現(xiàn)有HART設(shè)備、命令和工具的能力，它增加了HART協(xié)議的無線能力。國際電工委員會于2010年4月批準(zhǔn)發(fā)布了完全國際化的WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)IEC 62591（Ed.1.0），是第一個(gè)過程自動(dòng)化領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)國際標(biāo)準(zhǔn)。該網(wǎng)絡(luò)同樣使用運(yùn)行在2.4GHz頻段上的無線電IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻、時(shí)分多址同步、網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備間延控通信等技術(shù)，WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化領(lǐng)域和過程自動(dòng)化領(lǐng)域，彌補(bǔ)了高可靠、低功耗及低成本的工業(yè)無線通信市場的空缺。典型應(yīng)用以Emerson為例，從2010年就已經(jīng)開始供應(yīng)WirelessHART兼容產(chǎn)品，從壓力、流量、液位、溫度、振動(dòng)、pH測量等各類儀表變送器到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等，逐漸有了品類齊全的無線類工業(yè)儀表產(chǎn)品系列。
WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、符合我國工業(yè)應(yīng)用國情的一種無線標(biāo)準(zhǔn)體系，2008年10月，該規(guī)范獲得了國際電工委員會（IEC）全體成員國96%的投票，成為與Wireless HART被同時(shí)承認(rèn)的兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化文件之一。WIA-PA同樣基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，通訊速率250kbps，頻段2.4GHz，工業(yè)室內(nèi)通訊距離200m，室外環(huán)境可達(dá)800m，數(shù)據(jù)可靠性大于99%，自適應(yīng)跳頻技術(shù)，避免干擾，冗余路由技術(shù)，自組織修復(fù)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)支持HART命令，兼容WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)。典型應(yīng)用是中科院沈陽自動(dòng)化研究所提供技術(shù)支持參與合作的在國內(nèi)遼河油田、吉林油田、大慶油田、新疆油田等現(xiàn)場的遠(yuǎn)程油井監(jiān)測控制系統(tǒng)。
LoRa是semtech公司創(chuàng)建的低功耗局域網(wǎng)無線協(xié)議，基于IEEE 802.15.4g標(biāo)準(zhǔn)，它最大特點(diǎn)就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴(kuò)大3-5倍。Lora的工作頻率在ISM 頻段，包括433、868、915 MHz。
WiFi俗稱無線寬帶，又叫802.11b標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz或者5GHz頻段，最高傳輸速率能達(dá)到11Mbps，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最高可達(dá)300m，適合辦公室和樓內(nèi)區(qū)域使用。由于WiFi技術(shù)在結(jié)構(gòu)上與以太網(wǎng)完全一致，所以能夠?qū)LAN集成到已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)中，也能夠?qū)⒁延械膶拵I(yè)務(wù)集成到WLAN中，這樣，就可以利用已有的寬帶有線接入資源，迅速地部署WLAN網(wǎng)絡(luò)，形成無縫覆蓋。
藍(lán)牙是一種短距離無線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動(dòng)電話等各種數(shù)字設(shè)備上的有線線纜連接。在制定藍(lán)牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標(biāo)，向全球公開發(fā)布工作頻段為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻段。從目前的應(yīng)用看，藍(lán)牙體積小、功率低，其應(yīng)用早已不局限于計(jì)算機(jī)外設(shè)，可以集成到任何數(shù)字設(shè)備中，尤其是對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動(dòng)設(shè)備。藍(lán)牙有幾大特點(diǎn)，一是全球范圍適用，無需申請?jiān)S可證，二是同時(shí)可傳輸語音和數(shù)據(jù)，三是可以建立臨時(shí)性對等連接，四是具有很好的抗干擾能力。
窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）是國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織為了應(yīng)對日漸強(qiáng)烈的物聯(lián)網(wǎng)需求，制訂的一個(gè)新的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)（CIOT），這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)要實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)覆蓋、超低功耗、超低成本、超大連接。NB-IOT是一個(gè)空中接口標(biāo)準(zhǔn)，主要是用在終端與基站之間的約定，包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的一些設(shè)計(jì)規(guī)定。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級。
BeeLPW-T是必創(chuàng)科技聚焦工業(yè)場景應(yīng)用，基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)自主開發(fā)的一種無線通信協(xié)議，具有同步精度高、功耗低、網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。大容量的同步網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量和多跳能力，可為工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)覆蓋及節(jié)點(diǎn)架設(shè)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支撐。該協(xié)議具有的天然物聯(lián)網(wǎng)基因，能以更優(yōu)的功耗將傳感器的感知層數(shù)據(jù)傳輸至云端，較往代產(chǎn)品效率提高近四倍。
1、更高速靈敏的反饋
基于高精度的網(wǎng)絡(luò)同步性能，所有設(shè)備可以工作在最優(yōu)的功耗狀態(tài)下，保持全網(wǎng)秒級的響應(yīng)速度，可以滿足絕大多數(shù)尤其是具有邊緣計(jì)算能力低功耗設(shè)備的需求。
2、更豐富的應(yīng)用方式
同步網(wǎng)絡(luò)下的節(jié)點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，賦予數(shù)據(jù)在無線應(yīng)用中時(shí)間的屬性，無論星型，樹狀等網(wǎng)絡(luò)模式，均可滿足各種設(shè)備密度、覆蓋距離的應(yīng)用要求。
3、更低的維護(hù)成本
協(xié)議可以隨意切換周期采樣及大數(shù)據(jù)采集狀態(tài)?，針對不同工況及應(yīng)用需要，兼容有線狀態(tài)分析系統(tǒng)的采集需求；時(shí)間同步及低功耗設(shè)計(jì)，在確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行精準(zhǔn)的同時(shí)，降低了設(shè)備的無效工作時(shí)間，使得設(shè)備整體更加簡練、高效。更低的功耗，可改善設(shè)備的維護(hù)周期，降低維護(hù)難度和平均維護(hù)成本，為客戶提供一個(gè)安心可靠并幾近無感的防護(hù)體驗(yàn)。

最后附表總結(jié)一下幾種典型無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)區(qū)別：

NB-IOT LoRa Zigbee WIFI bluetooth BeeLPW-T WIAPA

組網(wǎng)方式 基于現(xiàn)有蜂窩組網(wǎng) 基于LoRa網(wǎng)關(guān) 基于Zigbee網(wǎng)關(guān) 基于無線路由器 基于藍(lán)牙Mesh網(wǎng)關(guān) 基于BeeLPW-T網(wǎng)關(guān) 基于WIA-PA網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)絡(luò)部署方式 節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)+網(wǎng)關(guān)
受現(xiàn)場遮擋影響 節(jié)點(diǎn)+網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)+路由器 節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)+中繼+網(wǎng)關(guān) 節(jié)點(diǎn)+中繼+網(wǎng)關(guān)
傳輸距離 遠(yuǎn)距離，基站覆蓋10公里以上 遠(yuǎn)距離，可達(dá)十幾公里 短距離
10-100m 短距離50米 10米 不含中繼200m 不含中繼200m
單網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)容量 約20萬 理論約6萬，實(shí)際500-5000 理論6萬，一般200-500個(gè) 約50個(gè) 理論6萬 理論5000通道 理論6萬，一般200-500個(gè)
電池續(xù)航 理論10年/AA電池 理論10年/AA電池 理論約2年/AA電池 數(shù)小時(shí) 數(shù)天 理論約2年/AA電池 理論約2年/AA電池
成本 30-70元 30-40元 5-15元 模塊約7-8s 小于10元
頻段 License頻段
運(yùn)營商頻段 unLicense頻段
Sub-GHZ（433/868/915MHz） unLicense頻段
2.4GHz 2.4G和5G 2.4G unLicense頻段
2.4GHz unLicense頻段
2.4GHz
傳輸速度 理論160kbps-250kbps
實(shí)際小于100kbps 0.3-50kbps 理論250kbps，實(shí)際小于100kbps 2.4G：1-11Mbps
5G：1-500Mbps 1M 理論250kbps 理論250kbps
網(wǎng)絡(luò)時(shí)延 6-10s TBD ＜1s ＜1s ＜1s ＜1s ＜1s
適合領(lǐng)域 戶外 戶外，工廠 工廠，室內(nèi) 辦公室，工廠 移動(dòng)設(shè)備 工廠，車間 工廠，車間
聯(lián)網(wǎng)所需時(shí)間 3 30ms 3s 10s 3s 3s

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的工业互联网常用无线通信协议介绍（详细版）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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