IEEE 802.15.4根据设备所具有的通信能力将设备类型分为两种:全功能设备(Full Function Device,FFD)和精简功能设备(Reduced-Function Device,RFD)。其中FFD设备可以作为网络协调器PAN(Personal Area Network coordinator,PAN)或普通设备。FFD设备可以和RFD设备相连,也可以和其他FFD设备相连,但RFD设备只能和FFD设备相连。RFD设备主要用于简单的控制应用,如灯的开关、被动式红外线传感器等,传输的数据量较少且往往只和一个FFD相连,对传输资源和通信资源占用不多,这样RFD设备可以采用非常廉价的实现方案。
(3)Zigbee/Zigbee Pro技术
Zigbee/Zigbee Pro基于IEEE 802.15.4的物理层和MAC层,制定了网络层和应用子层规范,可支持各种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本无线通信应用。
Zigbee的主要技术特征包括:
— Zigbee/Zigbee Pro定义了网络层、安全层、应用层,以及各种application profile;
— Zigbee/Zigbee Pro定义的网络拓扑结构为星形网络和mesh网络结构的结合,具有自组织、自愈能力;
— Zigbee的网络层采用按需路由算法AODV,在节能和网络性能上都有很大的优势;
— Zigbee Pro安全性更加灵活:支持分离密钥;提供“标准安全模式”和“高级安全模式”两种安全模式,标准安全模式能保护特定的节点对节点的应用级数据不被网络中其他无关节点获取,高级安全模式为设备验证、密钥管理和分配提供更有效的保护。
Zigbee联盟有较多的成员,并且已经形成了一个较为完整的产业链,很多厂商生产出大量基于Zigbee/Zigbee Pro的无线通信芯片,并且很多系统集成商针对各种短距无线通信应用提供了很多基于Zigbee/Zigbee Pro的系统解决方案,Zigbee/Zigbee pro是目前应用最广泛、解决方案最多的一种标准。
尽管Zigee标准体系已比较完善,但目前各厂家的Zigbee产品仍然存在无法兼容问题,Zigbee pro(2007规范)已经开始着手解决此问题。
(4)Z-Wave技术
Z-Wave是低功率、近距离物物无线互联应用的一种解决方案,主要面向家庭住宅与轻型商业环境。Z-Wave的低功耗、低成本、易用性以及健壮性使其易于嵌入电器产品,特别是使用电池供电的遥控器以及各种传感器。
Z-Wave使用868.42MHz和908.42MHz两个频段进行通信并为低负荷传输优化,具备9.6Kbps和40Kbps两种通信模式,主要适用于传输控制指令及设备元数据的无线传输应用。Z-Wave支持网状拓扑,其多点对多点的连接方式可提供更高的可靠性及更大的覆盖范围。
Z-Wave不是一个开放的标准,仅向Zensys(已被Sigma Designs收购)的授权客户提供。Zensys与超过160家制造基于Z-Wave标准的产品的制造商共同组成了Z-Wave联盟。作为ZigBee的有力竞争者,Z-Wave近年来在家庭自动化领域发展迅速,商用化程度较高,目前已在该市场占据了主要份额。
自从Z-Wave技术的开发商Zensys于2005年推出了面向Z-Wave通信的芯片ZW0201,到目前为止共有上百种基于Z-Wave技术的产品面世,主要用于照明控制、传感器、HVAC控制、家电控制、安防等领域。在欧美地区,已经有上百万的家电使用了Z-Wave技术。
(5)WirelessHART技术
WirelessHART是由HART通信基金会开发的开放式无线网络技术,使用了一种时间同步、自适应、自修复的网状结构,并支持运行于IEEE 802.15.4定义的2.4GHz ISM频段。其开发目的是为了满足过程测量、控制以及资产管理应用中对可靠、安全、高效的无线通信的关键需求。由于其基于HART通信协议的设计,WirelessHART在使客户能够快速、方便地在无线技术中获益的同时可以兼容现有的设备、工具及系统。
该技术标准在2004年由37家HART通信基金会公司共同开始制定,在2008 年9月19日正式获得国际电工标准委员会(IEC)的认可,成为一种公共可用的规范(IEC/PAS 62591Ed.1),它是第一个获得这一级别国际认证的工业监控应用解决方案。
目前该技术主要用于工业自动化领域,在经过IEC的认可之后,WirelessHART在未来市场上对用户的说服力将大大增强,并可能借助广泛安装的基于HART通信协议的设备迅速拓展无线仪表市场。
(6)蓝牙技术
蓝牙(Bluetooth)是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术,能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。
利用蓝牙技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。
蓝牙采用分散式网络结构及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段,如图11-7所示。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。