Wi-Fi、蓝牙、ZigBee-无线通信三强,谁主沉浮?

标签:物联网安全技术产品

访客:11774  发表于:2017-05-23 10:24:17

Wi-Fi、蓝牙、ZigBee-无线通信三强,谁主沉浮?

迈向万物联网的时代,无线通信技术日趋重要。只是,市面上无线通信技术众多,不免让人眼花撩乱。不过,如果要数当今无线通信的三大巨头,当推1997年发布最初版本、1999年成立联盟的Wi-Fi、取自古代维京国王Harald Bluetooth之名、1999年公布初代技术和成立联盟的蓝牙(Bluetooth),以及以Z字形蜂舞为名、技术和联盟发布于2001年的ZigBee莫属。究竟当前成鼎足之势的这三大无线技术各自的优势是什么?相关产品各自又有什么认证标准把关?未来谁主沉浮?

各自特长与适用场域

谈到Wi-Fi、蓝牙、ZigBee各自的优缺点,国际知名的技术验证服务供货商(台湾)德国莱因(TÜV Rheinland)的信息与通信技术电子电气产品服务部门经理何绍彭分析道:“以发展顺序来看,Wi-Fi最早有,再来是蓝牙,然后才有ZigBee,这个顺序也造成他们联盟组织的规模、资源有所差异,从而影响各自的发展局面。”

何绍彭指出,Wi-Fi无疑是三大无线技术标准中,联盟规范最严谨、详细,投入的厂商最多,市面上应用基础最广,整合、更新上最有企图的一个,其涵盖的发展面最广,从低频的2.4GHz到高频的5GHz,甚至是超高频的60GHz,此外,传输距离长,传输速度高是其特长,但是高耗电一直是其致命伤。不过近年来Wi-Fi也开始发展低耗能的技术,像去年推出能在不具无线网络的环境中探索、连结邻近设备的Wi-Fi Aware技术即是一例。

对于发展略晚于Wi-Fi的蓝牙,何绍彭则认为,由于它能承载的传输量每秒可达1MB,同时安全性高,可设定加密保护,每分钟能换频率一千六百次,但有效的传输距离较短,传统的版本大约在10公尺左右,因此比较多投入在个人化的感官体验的数据传输应用上,因而声音应用领域的配套发展的最多也最成熟。与Wi-Fi相较,蓝牙的低功耗、低成本和高度安全是其优势,而蓝牙技术联盟也很明显以此为主打,目前发展到4.2的版本,除了提升传输距离和传输速率,更加降低其功耗,并新增隐私权的功能,强化安全性。

至于ZigBee,何绍彭表示,因为其一开始被发展出来就是以自动控制为目的,因此是最适合于智能工厂、智能家居、智能建筑等物联网智能化控制应用领域的无线通信技术。在控制应用领域,ZigBee的装置种类丰富,配套的协议语言也被较完整的定义,而且在基础通讯协议的设计上,ZigBee一开始就考虑一对千以上的沟通,采用循多重路径的跳点通讯(multi-hop),因此比起Wi-Fi和蓝牙在设备自动化的应用上更为成熟。由于ZigBee的沟通只专注在感应和控制,因此其传递的讯息量是很小的,并且由于设备不用一直常开,在这样的应用方式下也导致其与Wi-Fi和蓝牙相较,是最为省电的一种无线通信技术,另外ZigBee的硬件装置也是三者中最为廉价的,因此成本也最低,而安全性的部分,由于支持先进加密标准AES (Advanced Encryption Standard),因此只要设置得宜也有极高的安全性。可以说,低传输速率、低成本、省电、安全、专用于设备间的沟通(Machine to Machine,M2M)是ZigBee的基本特点。

Wi-Fi、蓝牙、ZigBee-无线通信三强,谁主沉浮?

然而,何绍彭也提醒,ZigBee的问题是除了设备自动化外的应用十分薄弱,几乎只能固守自动控制领域,在当前强调与手机等移动装置结合的智能联网趋势,因为移动装置使用的无线技术只有Wi-Fi和蓝牙,因此就必须依靠能转换各种通讯协议的Gateway(网关)扮演关键的中介角色。“这也是为什么现在很多物联网智能家居方案的厂商都要积极去做Gateway的原因。”何绍彭说。

验证标准

那市面上这么多号称拥有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee技术的产品,是否有认证规范作为依据呢?

对此何绍彭强调,所有无线通信技术,一般都会受到两方面的认证标准规范,因而在相关产品上市前必须先经过验证。这两方面的认证规范,一是各国法规对于无线通信的控管,另一个则是各技术联盟对于其技术的认证,由于这两种认证规范在意的点不一样,测试的方向也不一样,所以在验证上没办法互相涵盖,其中国家法规的验证具有强制性,联盟认证则视各联盟的规范而定。国家法规主要的重点在于无线频谱的控管,当功率越大、越靠近禁制频段,控管的也比较严格;联盟认证则是技术符合效能的资格证明,意在保护联盟技术的知识产权,并维持技术质量。

规范

就Wi-Fi、蓝牙、ZigBee这三大无线通信技术而言,以国家法规来说,是对Wi-Fi产品来说规范上比较严苛,何绍彭解释,因为蓝牙和ZigBee是定位在2.4GHz低功率射频产品,这一频带没什么禁制问题,而Wi-Fi的开放的功率则从2.4GHz到5GHz跨度比较大,在2.4 GHz的部分,我们跟美国、加拿大是相同的,只开放2412~2461MHz共11个频道,在5GHz的部分,台湾则开放5250~5350MHz、5470~5725MHz、5725~5825MHz3个频段,其中5470~5725MHz这个频段,由于与军方和气象用都普勒雷达频率相冲突,在军用优先的规范逻辑下,若是要使用这些频率,就必须搭载DFS和TPC这类无线自动换频与功率调整技术,务使装置感测到目前频率有其它人在使用时,能够主动跳开改采其它频率;另外,5250~5350MHz更规定只能在室内使用,同时,为了与国际接轨,未来可能在 5 GHz 的频段上完全参考美国的频率及规范。

“这三者在法规验证的方式是大同小异。”何绍彭说,在验证上,主要都是将产品放在电波暗室,然后去观测产品的电波频率是否在限制值内,是否会有谐波干扰别人的频率。另外也会去测量产品在极低温以及极高温的状态。

联盟认证

至于联盟认证的部分,何绍彭强调,Wi-Fi、蓝牙、ZigBee不管是在认证的约束力上,还是验证的项目上则各有差异。

何绍彭特别指出,这三大无线技术只有蓝牙技术有明确知识产权的约束,其余两者在联盟认证上则属于自愿型而没有强制,也就是说,如果未经认证就擅自使用蓝牙相关技术,是会吃上侵权官司的,然而符合Wi-Fi、ZigBee技术资格的产品,不一定需要申请联盟认证,因此没有Wi-Fi、ZigBee技术联盟认证过的相关设备,未必不能兼容于Wi-Fi、ZigBee的装置。

在验证项目的部分,何绍彭也指出了三者的不同。他说,Wi-Fi联盟在意的不是产品的无线射频功率,它要求验证的是Wi-Fi产品在应用环境下,安全机制是否正常,能不能达到应该要达到的传输速率,能不能与其他Wi-Fi装置进行相互同步、传档分享及远程打印、投影放映等各种功能。

ZigBee联盟则是以应用测试为主,验证被测产品是否按照要求正确地响应或者发送命令,是否正确地执行命令,以确保每一个新的无线电接收器、微控制器可以在ZigBee网络中正常运作,确保与其他不同厂牌的ZigBee产品在网络上的互操作性。

而蓝牙技术联盟除了要求测试产品在不同用途下,协议层的处理能力,也就是能否与其他蓝牙产品互通良好,下指令时是否会获得正确响应,也要求测试发射器的电性、功率、调变是否正常、相位转换是否正确、接受器的敏感度以及抗干扰能力是否符合规范。

这些验证都必须在各个联盟授权、指定的认证实验室,以各联盟指定或许可的各种检测设备进行。其中又以Wi-Fi联盟的认可评估最为严苛,不是每家认证实验室都能获得认可,从这也能看出Wi-Fi联盟的严谨性。

未来前景

对于Wi-Fi、蓝牙、ZigBee三者的前景,何绍彭则认为,短时间来说,无线通信仍会维持Wi-Fi作为一般无线网络的基础,ZigBee充当M2M的手段,蓝牙则服务于私人穿戴、影音领域这样的三分天下格局。毕竟现阶段,蓝牙、ZigBee在各自场域的多年深耕、经营所累积的基础仍不容小觑,何况各自都不断在精进自身的体系。虽然标准独尊一家将是极久远的事,但是在未来我们或许将会在日趋激烈的竞争中,见证各技术间的更多兼容,与联盟间更频繁的合纵连横。

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