常用2.4Ghz无线技术的对比

文/冯帅博

随着仪器仪表应用场景的日益增多，短距离无线通信技术在仪器仪表中的应用也越来越广泛，现对工作于2.4 GHz(ISM)频段常用的短距离无线通信中ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi三者的技术优势、缺点进行分析，结合树莓派的探讨具体应用场景。

1 短距离无线通信技术及其分类

短距离无线通信技术在仪器仪表行业中主要应用有ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、lora、NB-IOT等，尤其以ZigBee、蓝牙、Wi-Fi应用最为广泛，典型应用场景一般为30M以内进行仪器数据的传输。

Zigbee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

蓝牙技术最初由爱立信创制，诞生于1994年，为建立手机及其附件间的通信，爱立信决定开发一种低功耗、低成本的无线接口。

Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线保真技术)即基于IEEE 802．11协议标准的无线局域网技术，是Wi-Fi联盟制造商的商标做为产品的品牌认证，Wi-Fi联盟成立于1999年，传输距离在100M左右，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。

2 ZigBee、Wi-Fi、蓝牙等常用2.4Ghz无线技术的优缺点

2.1 ZigBee技术的优势及不足

ZigBee技术优势主要包括低功耗，低成本，可靠性，网络容量大，工作频段灵活等几个方面。

同时ZigBee也存在着传输范围小，数据传输速率低，时延不易确定等一些不足。

2.2 蓝牙技术的优势及不足

蓝牙技术存在低功耗，延迟低，稳定度高，安全度高等优势。

蓝牙技术的缺点也很明显，如数据传输瓶颈问题。同时，应用蓝牙技术的无线传输，一般有效的范围在 10 米左右，且抗干扰能力不强、信息安全问题等问题也是制约其进一步发展和大规模应用的主要因素。

2.3 Wi-Fi技术优势及不足

Wi-Fi的传输速度很快，最高可超过300Mb／s，符合个人和社会信息化的需求。在网络覆盖范围内，允许用户在任何时间、任何地点访问网络，随时随地享受一系列宽带信息增值服务。并实现移动办公。

由于 Wi-Fi 采用的是射频技术，通过空气发送和接收数据，使用无线电波传输数据信号，比较容易受到外界的干扰。数据包在传送的过程中都可以被外界检测或接收，信息安全是个隐患，虽然数据可以经过加密后传输，但在数据包足够多的情况下，仍有被黑客破解的可能。

ZigBee、Wi-Fi、蓝牙无线技术的对比如表1所示。

因此，从仪器仪表的互连易用化来看，ZigBee具备的最强的竞争力，同时，ZigBee联盟的厂家众多，例如ZLL，飞利浦、欧司朗、GE、Freescale、TI、Atmel、Marvell等公司均在重点推广基于ZigBee技术的仪器仪表互连互通，行业支持力度很强。而Wi-Fi技术，实现了网络传输的标准化，可以实现数据传输的互联互通，但对应用层没有做任何定义。蓝牙技术的情况跟Wi-Fi技术类似，虽具有传输管道的特性，但没在应用层上做定义，互操作很难，CSR的MESH，还没纳入蓝牙的标准，只是CSR自己搞的一个创新而已，从标准化的角度而言，还有很长的路要走。

从仪器仪表构建物联网的网络扁平化需求来看，Wi-Fi技术最符合云管端的架构，与TCP/IP无缝对接，网络架构最简单、最扁平网络。基于ZigBee技术构建的无线网络属私域网，独立成一个ZigBee的网络，需要通过网关与网络对接。而蓝牙技术属于比较简单的星型网络，可以与仪器仪表直接连接，但如果要进入网络的话，需要专有网关设备进行中转。

表1

从接入简单化来看，ZigBee技术在应用层实现一键入网操作，极大简化了入网流程，符合极简操作趋势。蓝牙技术对于设备搜索和配对，蓝牙有成熟的应用，CSR的蓝牙MESH也可以实现，但对于无屏的应用场景，无解决方案。

3 结束语

无线通信技术在仪器仪表通信网络中的应用逐渐增加，作为无线通信技术代表的ZigBee、Wi-Fi、蓝牙三种标准无线通信技术在实现仪器仪表的无线测控系统与以太网互联的应用中均有优势和不足，作为仪器仪表研发工作者，在研制仪器仪表中改如何选择，则应对仪器仪表工作场景进行具体评估分析后确定，无线通信技术在仪器仪表行业中的应用，优化扩展了整个仪器仪表的应用厂家，为仪器仪表控制领域从有线向无线云端延伸提供了关键的解决途径。