您的位置:控制工程论坛网论坛 » 工业无线 » 小米路由器,IEEE802.11和IEEE802.15共存?

winterswimer

winterswimer   |   当前状态:在线

总积分:2914  2017年可用积分:1

注册时间: 2006-08-30

最后登录时间: 2015-10-30

空间 发短消息加为好友

小米路由器,IEEE802.11和IEEE802.15共存?

winterswimer  发表于 2015/2/3 12:30:31    精华  2730 查看 1 回复  [上一主题]  [下一主题]

手机阅读

前言

    雷老板 1 月 20 日发声称,小米推行“以手机为中心,连接所有智能设备” 战略,设计了“智能模块+通用控制中心+云服务”智能家居整体方案,而且智能模块仅22元,极大降低设备智能化的难度!明确无误的表明了小米 2015 年布局智能家居生态链的战略。

    不可否认,在家庭中,路由器一个足够,智能家电将是比路由器更为广阔的市场;在企业级应用中,几个路由器就顶天了,但是智能化的设备集成将是比手机更为巨大的市场。必须要战领的更加广阔的阵地呀,雷老板肯定是蓄势待发了。

Wifi隶属于IEEE802.11标准,蓝牙(基于802.15.1);Zigbee、Wirelesshart、MasLinx隶属于IEEE802.15标准。目前,在小米的解决方案中,手环采用蓝牙方案、智能家居可能采用Zigbee方案。

   
    那么,小米路由器能否集成WiFi(802.11)和802.15两种无线?答案是没有技术问题,因为虽然都是2.4G,但是,信道很多可选,调频技术很成熟,在IEEE制定标准的时候,也给出了解决方案!

    所以,从技术上讲,这个方案都是没有问题的,有国际标准的支持,但是,在应用角度将,缺乏无线物联通讯的行业标准。如果技术有保障,应用有标准,那么无线物联系统应用市场将爆发式增长!

    可选择的无线技术和对比

    我们首先简要分析一下,智能家电市场的技术需求:1、无线;2、低功耗;3、低成本;4、全无线至少覆盖一个家庭范围;5、标准要统一,各个厂家系统兼容。

    在我们身边的无线有那些? 两个标准IEEE802.11和IEEE802.15,我们对比如下:


    首先,都是是国际电工电子工程学会(IEEE)制定的无线通讯标准,11是老大哥,15是小兄弟。

    IEEE 802.11协议组是为无线局域网络制定的标准,工作在2.4GHz频段,可达600Mbps(理论值)。目标是高带宽数据通讯,解决计算机间通讯问题。
   
    IEEE 802.15是一种基于个人局域网(Personal Area Networks, PAN)无线通信规范标准,应用于无线个人区域网(WPAN)。IEEE 802.15具有以下特征:短距离、低功耗、低成本、小型网络及通信设备,适用于个人操作空间。目标是和人相关的物品的联网,解决低数据量、高实时联网的问题。

    IEEE 802.15协议已经解决了Wifi和蓝牙、Zigbee、Wirelesshart、MasLinx等无线共存的问题,但是,我们为什么必须选择基于IEEE802.15.4的标准的解决方案?!

Wifi是否是智能家居平台的选择?
    Wifi是连接以太网,连接局域网,连通PC很好的途径,产品普及率很高,产品标准统一,各个厂家兼容性好。同时,虽然,基于Wifi的Adhoc,
包括802.n,也是自组网的协议,但是,由于IEEE802.11是走高带宽的路线,从协议栈到芯片角度,天生的高功耗、高价位,而相对的,基于IEEE802.15.4标准的芯片天生的低功耗、低价位、更高的嵌入式功能,使得在海量的类似智能家居的应用中,802.15.4更具有性能价格的优势,是当前智能家居联网的更好的选择。

蓝牙适合智能家居平台么?
    蓝牙基于802.15.1标准,是信号进入手机的系统很好的途径,但是,也有协议栈、软件接口和芯片的限制,比如大量的芯片集中的在点对点通讯、距离近(5~10米)、协议栈简单适合点对点握手连接,没有多点通讯协议等等,如果在蓝牙基础上,做大规模通讯,有些像茅草房上盖楼,不如重盖,所以,802.15.4应运而生。而802.15.4就是基于1对多,协议栈里已规定了如何无线星型、无线Mesh型网络连接模式,提出了比蓝牙通讯协议更完善的标准,可以使应用层更完善、方便的技术方案。
ZigBee是否是智能家居平台的最好选择?
Zigbee是基于802.15.4对应用层做了很多规定,而且基于很多厂商的芯片推出了协议栈,这是Zigbee的贡献。圣博亚科技技术积累开始于2001年,参与了IEE802.15的制定,指导了Zigbee协议栈的实现,圣博亚之所以推出MasLinx标准,和WirelessHart标准推出是出于一样的原因,在于更加具体的系统应用中,需要对其中的应用问题(比如组网速度、休眠通讯等)解决,改进协议栈的网络层和应用层,使之更加符合具体应用。说的通俗一些,Zigbee有些像嵌入式Linux,开源的,很多厂家在开发GUI,给出很多版本可以用方便的用于智能温控模块、手机和蓝牙等设备中,最后,适合于智能手机的系统是Androl,基于嵌入式Linux的最成功的GUI,当然IOS也是!

    可以说ZigBee联盟是推芯片的,并捆绑协议栈,他们希望其技术能融入各类电子产品,应用范围横跨全球民用、商用、公用及工业用等市场。Zigbee有些地方像微软,纠集人马主要做软件和应用标准,同时,拉来芯片厂商给出通用的完整解决方案。所以,HoneyWell既是Zigbee的推广委员,同时由非常卖力气的推出WirelessHart,因为WirelessHart主要针对工业用市场和Zigbee没有冲突。

    所以,MasLinx针对矿用市场没有死板的采用Zigbee,而是推出自己的矿用基干无线传感网络。智能家居平台采用Zigbee么?当然是可以的,但是,要做好,就要改进、升级,Zigbee的技术不是免费的午餐,加入联盟才享有技术保障,没有加入联盟的,基本都是打酱油的。

    综合上述,目前无线技术中,基于IEEE802.15.4的解决方案物理芯片验证成熟,量产、价格好,基础标准公开,技术有保障,无疑是智能家居、物联网终端的最好选择。同时,要必须做好智能家居互联的行业标准,在软件层面做好我们自己的标准

应用层解决方案

在基于IEEE802.15.4标准,很多厂商提供了多种的解决方案:智能家居中最火的是Zigbee;工业领域中首推Wirelesshart;中国矿山领域中,有唯一个矿用标准MasLinx矿用无线基干网络(最大规模互联)。

我在这里推荐一种MasLinx的解决方案:

说明:和Zigbee对比,MasLinx采用和Zigbee一样的芯片(即基于IEEE802.15.4标准),但是,固件协议栈是比Zigbee更为先进和完善一些的MasLinx协议,同时,向下兼容Zigbee。

架构: 2层无线系统
其一,是Mesh网络层(每个基站1个鞭装天线,基站间1km以上,Mesh组网汇聚,传感、定位)
其二,是纯传感器层(可以和Mesh层双向通讯,PCB天线和基站间距离100m,每个模块高效休眠,每个节点普通纽扣电池,确保1年以上工作。)
分析:Mesh组网是比较复杂的,自组网不稳定,会影响带宽,自组网不容易做休眠低功耗处理。Mesh模块最好功率稍大。和智能家居绑定的最好是不要带Mesh组网,采用IEEE802.15.4的MAC标准即可,做低功耗休眠算法相对变得容易,功耗小,因为可能和人打交道,而且量会很大,所以,成本越低越好。MasLinx的KJ627系统Mesh层和传感层采用不同厂家的芯片,分别为TI和ChipCon,两种芯片间可以互相通讯,这也是验证
IEEE802.15.4标准是可以做到不同厂家产品互联互通的证明。我们在纯传感层使用的芯片的微处理器是51系统,精简、功耗低、价格更好;基站采用的芯片的微处理是ARM系统,运算功能更强的,功能更好。这种框架解决了雷老板要求的将智能家居内的无线模块做到22元以内的可能。

模式1  家庭模式:手机 <小米路由器+Mesh Sink模块 <> 传感层/控制模块
模式2  企业模式:PC 服务器<小米路由器+Mesh Sink模块 <> Mesh传感控制微基站<> 传感控制模块

传感器层,接收数据,发送给Mesh基站,Mesh组网汇聚上传,到0号节点(Sink),到计算机Map系统。每个基站也可以接一个传感器,将传感信息通过Mesh网络上传。传感器和基站可以有一个开关输出,通过计算机的0号节点发送控制信号。

分析:模式1和2是非常自然的模式IEEE802.15.4标准里,可以通过最短路径算法组网,如果直接可以和Sink模块连接,就不用Mesh微基站了。一个家庭里面,模式1即可满足。在一栋楼里,可以采用模式2的方法。我曾经测试过,通过圣博亚科技的MineNet产品的两层架构,500个定位模块+200个基站模块+1个0号基站连接,一个矿区的人员定位和传感都解决了。所以,这个解决方案不仅解决了家庭智能家居问题,而且解决了行业的企业级应用,相信雷老板更喜欢。

设计特点:

  • 单全向天线设计:Mesh层和传感器层,共用一个信道,也就是每个模块一个天线就足够。

  • 微型化设计:基站可以火柴盒大小,传感模块1元硬币大小。

  • 设备ID区分:通过固定ID将传感模块(C×××)、定位模块(E×××)、智能家居(D×××)、基站(0×××)、Sink节点(0000)进行区分。这样在App软件设计的时候可以自动搜素不同类型的设备,可以自动添加,应用更为方便。每种类型0xFFF(4095)个,设备ID的×××部分可以修改。设备固件可以通过ID自动无线升级。

  • 整体系统稳定,大规模智能家居节点模块价格更好。


可靠性分析:

圣博亚可以已经实现了煤矿人员车辆定位、传感器监控系统,并在井下、隧道、厂区,多个系统成功应用。KJ627人员安全管理系统,获得国家安监局煤安认证,成功应用于煤矿、非煤矿山的六大系统。事实证明,稳定可靠。MasLinx方案不仅仅是考虑了无线互联的嵌入家居、设备的方案,还考虑了人机交互的易用性,充分考虑了用户体验,这是小米的目标,也是我们的目标。

FAQ:

  • IEEE802.15.4低带宽网络<250kbps,网络够用么?
    首先,我们的传感器部分,定时(1S)将信号传出,并获得基站相应,带宽占用时间为2~3个ms,每个报文采用最小报文320~480bit,按照理论一个基站旁边可以放置5000个以上的传感器都没有问题,还富裕很大(至少50%)的带宽支持数据汇聚上传,我们测试过500个传感模块,30个基站小空间组网,1s组网稳定,数据上传规则。然后,基站会在一个系统允许时期,将周围的传感器汇聚在Mesh组网上传,大大降低了带宽占用。最后,Mesh网络层的基站一般是固定安装的,比如安装在门窗上面控制和采集采光、通风、温度参数。1个微基站可以穿透2~3层墙壁,就可以覆盖一个家庭了。当微基站安装好后,组网成功后,网络层占用很少的带宽,可以最大限度给应用层使用。一个比远远大于RS485 (9600bps)  带宽的网络,承担传感和定位等通讯绰绰有余。

  • 信号遮挡问题,信号被人或物遮挡,影响系统稳定么? 
    首先,信号遮挡对Mesh组网影响较大,因为信号不稳定,不断的自组网会浪费带宽,所以,2层架构就非常有用了。Mesh层放到房顶、巷道、隧道顶部,此时遮挡很少;传感器层放到人身上,车辆或智能家居上,传感层不组网,有遮挡比如衣服、人、墙壁,只要可以穿透,基站能够接受就好。我测试过一个CC2530不带功放的模块,可以穿一堵墙让基站收到,此时LQI已经很弱,但并不影响基站接收。所以,2层架构不惊解决了带宽问题,也解决了信号遮挡问题。

  • 网关、协调器、邻居表、PAN ID等很多技术的概念,不懂啊,怎么用? 
    其实,这些网络层的概念,在应用层是不需要的。比如,在MasLinx系统中,提出3个和使用相关的概念,非常容易记忆,便于应用:0号基站(和上位机通过以太网、USB或串口通讯的,Mesh层)、传感定位基站(可以Mesh组网、可以传感定位,Mesh层)、传感器节点/模块(传感,无组网功能,传感层)。很多Zigbee系统拿来Zigbee的协议不能深入开发或者没有理解Mesh组网的概念,将学习的IEEE802.15.4的概念拿到了应用层,增加了应用的麻烦,如果深入研发,就可以和实际应用结合,让有IEEE802.15.4的技术的地方变得非常简单,比如我们MineNet软件可以自动识别基站、传感器和定位卡,您需要的只需要按照应用布置基站、发放定位卡,每个卡的卡号和人员、物品对应,输入到软件;基站ID和位置、传感器对应,放到地图上,就好了。

  • IEEE802.15.4标准的系统为什么没有爆发性增长?
    关键在于缺少让大家一致遵循的应用层标准,有了标准就可以实现不同厂家设备的互通互联,比如在视频监控领域,目前是爆发了,这个爆发也是孕育了很长时间的。标准兼容性,是制约的原因之一,基于模拟的视频系统价格普遍比基于IP的低一个原因就是模拟的标准更容易一致,一台DVR可以连接所有类型品牌的模拟摄像机,而基于IP的有时候还有兼容性的小问题。所以,DVR比NVR爆发的好,呵呵!制约因素之二,是需要一个成系统的标准平台,可以量产、标准、稳定、可靠,在视频系统中是视频服务器,比如16~32路的中小型DVR,嵌入式设计,标准平台,让一个监控应用很容易就实现,所以,视频服务器的标准化,促进了市场的爆发。最后,还有市场本身的因素,有了市场刚性需求,比如政策支持等等。在IEEE802.15.4系统中,类似于DVR或NVR的兼容IEEE802.11和IEEE802.15的路由器很重要。这也就是雷老板从上到下整合智能家居市场打通关键环节的考虑所在。进一步,行业联盟提出一个有价值的无线互联互通的应用标准也是非常重要的。什么是有价值的标准,真正考虑最终的需求,有创新性。举个反面例子,在电力行业的无线抄表系统中的无线互联标准采用无线封装国家电力规约的方法,其实挺好的,就好象IEEE802.15.4封装工业Hart协议,就是IEC的WirelessHart
    。但是,网络层没有标准,所以让国家电网的无线抄表规约成了一个半成品。如果国家电网标准有类似IEEE802.15.4网络层协议的支持,就完美了。最后,我要说MasLinx的KJ627系统在等一个市场的刚性需求,比如下一次矿用六大避险系统整合和标准的提高,那是MasLinx系统有可能就爆发了。

  • 蓝牙和ZigBee、Wirelesshart、MasLinx的关系?
    IEEE 802.15工作组内有四个任务组(task group, TG),分别制定适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和支持的服务等方面存在差异。下面是四个任务组各自的主要任务:
    (1)任务组TG1:制定IEEE 802.15.1标准,又称蓝牙无线个人区域网络标准。
    (2)任务组TG2:制定IEEE 802.15.2标准,研究IEEE 802.15.1与IEEE 802.11(无线局域网标准,WLAN)的共存问题。
    (3)任务组TG3:制定IEEE 802.15.3标准,研究高传输速率无线个人区域网络标准。
    (4)任务组TG4:制定IEEE 802.15.4标准,针对低速无线个人区域网络(low-rate wireless personal area network, LR-WPAN)制定标准。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标,旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互连提供统一标准。任务组TG4定义的LR-WPAN网络的特征与传感器网络有很多相似之处,很多研究机构把它作为传感器的通信标准。
    蓝牙是
    基于IEEE 802.15.1标准;
    ZigBee、WirelessHart、MasLinx
    基于IEEE 802.15.4标准;ZigBee是ZigBee联盟发起,相对开发的协议栈,是IEEE 802.15.4教早期的针对应用层的标准,相对笼统。WirelessHart是针对工业自动产品的,由国际电工联盟(IEC)组织推出,Honeywill、西门子工业自动等巨头支持,简单说就是IEEE802.15.4封装工业现场总线Hart协议。MasLinx是国内物联网企业圣博亚科技推出的基于矿用全无线基干网络的标准,实现了国内唯一通过煤安认证的井下全无线人员安全管理KJ627系统(www.maslinx.cn)。

  • 为什么我们要制定一个行业标准?
    关于标准的制定,可以参考国家标准来制定,实际上很多的国家标准就是参考国际成型的标准来制定了,尤其是当我们制定的标准比较晚,而市场上已经充斥着国际标准的产品时,你也必须采用国际标准了。
    最后,一个标准的成功,要看是否被各个厂家采纳,是否被最终用户认可!
    如果我们能够制定行之有效的行业标准,一旦形成规模,就可以上升为国家标准,甚至国际标准。这是一个博弈的过程!
    电网第三代无线抄表系统标准,是针对470MH频段,采用电表表端模块,自组网到集中器,然后通过集中器到国家电网的服务器。核心是将DTL645规约嵌入到无线通讯中,我公司曾经开发过部分的产品,其中表端模块和电表连接部分是DTL645规约,集中器规定了数据汇总、上传的标准,但是,组网方面因为实际原因形成了几种模式,造成各个厂家的组网标准不统一,各个厂家的兼容性不好。
    我们分析智能家居行业,目前IEEE802.15.4的标准是IEEE制定的,而且,这个标准已经得到验证,符合智能家居的应用,所以,除非我们自己再研发更好的集成电路体系,否则,只能用了。不过,在应用层或者网络层的改造、升级(一定要注意兼容性,向下兼容),我们还有很多的工作可以做,比如推出适合的行业标准,类似于ZigBee,Wirelesshart,这些行业标准就是软件的部分:包括Mac层、网络层协议栈和应用层协议等。
    同时,如果行业标准做好了,应用广泛,有群众基础,可以倒过来让IEEE802.15.4按照市场需要的方向发展,这是互相促进的过程。说白了,我是大客户,我需要的硬件产品,可以按照我的要求定制,呵呵。
    经过分析,我们知道:如果我们集成电路技术高,我们可以做出更好的比IEEE802.15.4更好的芯片,提出更高的标准;如果我们的软件研发能力强,我们就推出比ZigBee更好的标准。否则,你就用这些现成的吧!
    终端为王,我希望智能家居能够兼容IEEE802.15.4标准,推出比ZigBee更好的行业标准。雷老板看你的了。

展  望

    最后,希望雷老板能够领导智能家居或物联网产业厂家,制定一个行之有效的开放的设备无线通讯标准,让各个厂家的设备能够互通互联。在这里,我们要强调的是MasLinx标准是比Zigbee更高级一些的私有标准,同时向下兼容,也就是可以和标准的Zigbee标准的设备通讯。圣博亚科技愿意和小米一起贡献我们的积累的技术,共同打造一个无线物联生态圈。


1楼 0 2 回复
总共 , 当前 /

2016年积分排行

用户名积分