以下では、モノのインターネット プロジェクトの開発で一般的に使用されるワイヤレス ネットワーク技術 (BLE、RFID、NFC、4/5G、NB-IoT、WiFi、LoRa、ZigBee) を詳細に要約し、それらの長所と短所を分析し、適用可能です。シナリオ。
目次
一般的なネットワーク技術/プロトコル (BLE、RFID、NFC、4/5G、NB-IoT、WiFi、LoRa、ZigBee) はすべて、コンピューター ネットワーク OSI モデルの物理層とデータ リンク層に属します。
近距離無線通信
BLE（Bluetooth Low Energy）
BLE は低電力の Bluetooth 技術で、主に短距離の低速データ伝送に使用されます。
アドバンテージ：
- 低消費電力: BLE は低消費電力技術を採用しており、長期的な低消費電力アプリケーション シナリオに適しています。
- 良好な安定性: BLE 信号は安定しており、妨害されにくいです。
- 豊富な機器：BLE機器は豊富で、多くの種類の端末機器をサポートしています。
欠点:
- 低い伝送速度: BLE の伝送速度は低く、最高でも数十 kbps しかありません。
- カバレッジの制限: BLE のカバレッジは制限されており、信号は建物などの物理的要因の影響を受けやすくなっています。
- 制限されたデータ伝送距離：BLEのデータ伝送距離は制限されており、短距離内でしかデータを送信できず、通信距離は50メートルです。
- インターネットへの直接アクセスはありません。
BLE は主に、IoT デバイス、ヘルス モニタリング、屋内ナビゲーション、モバイル決済、ゲーム コントローラーなど、低電力の短距離通信シナリオで使用されます。
RFID（Radio Frequency Identification）
無線周波数識別技術は、電波を介して対象物を自動的に識別し、関連データを取得する技術です。RFIDシステムは、リーダーとタグで構成されており、タグにはマイクロチップとアンテナが内蔵されており、電波でリーダーと通信します。RFID技術は、非接触、長距離、高速などの特徴があります。
アドバンテージ：
- 非接触でアイテムの識別ができ、作業効率が向上します。
- 荷物の追跡・管理を実現することで、物流管理の効率化・正確化に貢献します。
- アイテムのリアルタイム情報を読み取り、アイテムのリアルタイム監視を実現します。
- 通信距離は長く、タグとリーダー間の周波数、電力、アンテナ サイズなどの要因に応じて、作動距離は数センチメートルから数十メートルの範囲になります。
欠点:
- リーダーの価格は高く、中小企業にとってはコストが高くなります。
- タグは容量が限られており、保存できる情報も少なくなります。
- リーダーとタグの距離が離れすぎていたり、障害物が干渉している場合、読み取りに失敗する可能性があります。
- インターネットへの直接アクセスはありません。
RFIDは、主に物流管理、倉庫管理、製造、金融決済などの分野で使用されています。
NFC（近距離無線通信）
近距離無線通信技術は近距離の高周波無線通信技術で、通信距離は通常10cm以内です。NFC 技術は、携帯電話とラベルの間の通信を実現でき、携帯電話間の通信も実現できます。
アドバンテージ：
- 非接触でアイテムの識別ができ、作業効率が向上します。
- 携帯電話とタグ間の無線通信を実現し、便利なモバイル決済を実現します。
- 通信距離が短く、通信の安全性が確保されます。
欠点:
- 通信距離が短く（10cm）、適用シーンが限定されます。
- タグは容量が限られており、保存できる情報も少なくなります。
- データ転送速度が遅く、高速データ転送のニーズを満たすことができません。
- インターネットへの直接アクセスはありません。
RFID は、主にモバイル決済、アクセス制御システム、スマート ブレスレットなどの分野で使用されています。
長距離セルラー通信
ゲートウェイは不要で、チップは中国移動、中国聯通、通信事業者に直接接続できます。
4G LTE
4G LTEは、第4世代移動通信ネットワーク技術で、OFDM（直交周波数分割多重）技術を採用し、高速・高信頼・高効率の無線通信を実現しています。
アドバンテージ：
- 高速: ダウンリンク最大 150Mbps、アップリンク最大 50Mbps のデータ伝送速度をサポートし、前世代のモバイル通信技術より数十倍高速です。
- 高い信頼性：マルチアンテナ技術や適応変調技術などの複数の技術的手段を使用して、マルチパスチャネルの並列伝送を実現でき、信号カバレッジと耐干渉能力を効果的に向上させることができます。
- 強力な柔軟性: 高速モバイル通信をサポートし、さまざまな通信シナリオとビジネス要件に適用できます。
欠点:
- 遅延が大きい: 複数のサブキャリアでデータを送信する必要があるため、信号を複雑に復調する必要があり、送信遅延が大きくなります。
- 高エネルギー消費: 高速伝送には多くのエネルギー サポートが必要です。これは、バッテリーの寿命と機器のコストに一定の影響を与えます。
該当シーン：
- 高速列車や自動車などの高速移動シーン
- ビデオ ストリーミング、オンライン ゲームなどのモバイル ブロードバンド通信。
- スマートホーム、スマート交通、共有自転車、Fengchao などのモバイル IoT (モノのインターネット) 通信。
5G
5G は第 5 世代のモバイル通信技術であり、Massive MIMO やビームフォーミングなどの高度な技術を使用しています。
アドバンテージ：
- 高レート: 4G LTE よりも高速な、ダウンリンク最大 20Gbps、アップリンク最大 10Gbps のデータ伝送速度をサポートします。
- 低遅延: 1 ミリ秒未満の遅延を実現でき、VR/AR などのよりリアルタイムなビジネス アプリケーションをサポートできます。
- マルチ接続: 大量のデバイスの接続をサポートし、5G 時代の数百億の IoT デバイスの相互接続のニーズを満たすことができます。
- 高いエネルギー効率: 5G は、4G LTE よりも多くのエネルギーを節約できる、より効率的なコーディングおよび信号処理テクノロジを使用します。
欠点:
- 高い導入コスト: 5G ネットワークの導入には高密度の基地局が必要になるため、建設コストは比較的高くなります。
- 高消費電力。
- 互換性が低い: 5G の技術基準は完全には統一されておらず、異なる通信事業者や国の間で互換性がない可能性があります。
該当シーン：
- 自動運転、インテリジェント輸送、産業用モノのインターネットなどの大規模な機械通信。
- 遠隔医療、仮想現実、産業オートメーションなど、低遅延で信頼性の高い通信。
- 高速列車やスタジアムなど、高速移動や高密度設備を伴うシナリオ
NB-IoT（Narrowband Internet of Things）
NB-IoT は、セルラー ネットワークに基づく狭帯域 IoT 通信技術であり、3GPP (3rd Generation Partnership Project) によって定義された IoT 向けの低電力ブロードバンド無線通信技術の 1 つであり、GSM ネットワーク (2G) に直接展開できます。 )、UMTS ネットワークまたは LTE ネットワーク (4G)、5G ネットワーク。NB-IoT 技術は、既存のモバイル ネットワークにワイヤレスのモノのインターネット ネットワーク要素を追加することで、長期的、低電力、低コストのデバイス相互接続を実現するものです。通常はアプリケーション層のCoAPプロトコルをベースにサーバーに接続しますが、もちろんMQTTをベースにすることもできますが、消費電力が高くなるので不要です。
アドバンテージ：
- 低消費電力: NB-IoT は、データを送信するときに低電力のみを使用する必要があるため、デバイスのバッテリー寿命を延ばすことができます。
- 広いカバレッジ：NB-IoTは、強力な浸透能力を持つ狭帯域通信技術を使用しており、地下室や地下駐車場などの信号の弱いエリアでも接続できます。
- 安定性と信頼性: NB-IoT はネットワークのカバレッジが広く、信号強度が安定しており、妨害されにくく、高い通信品質を備えています。
- 高いセキュリティ: NB-IoT は、エンドツーエンドの暗号化メカニズムを採用して、通信データのセキュリティを確保します。
- 高い接続密度: NB-IoT は多数のデバイスを同時に接続でき、1 平方キロメートルあたり数万のデバイスをサポートします。
- 良好な互換性: NB-IoT は既存の 4G ネットワークに基づいており、4G インフラストラクチャの更新は非常に限られているため、互換性が良好です。
- マルチ接続: 大量のデバイスの接続をサポートし、5G 時代の数百億の IoT デバイスの相互接続のニーズを満たすことができます。
- 長距離通信をサポートできます：通信距離10KM。
欠点:
- 遅い伝送速度: NB-IoT の最大伝送速度はわずか 250Kbps であり、通常は 200kbps を下回り、高速データ伝送のニーズを満たすことができません。
- 高遅延: NB-IoT テクノロジの狭帯域特性により、データ送信ごとに複数のハンドシェイクと認証が必要になるため、高遅延が発生します。
- SIMカードの購入が必要
NB-IoT は、スマート メーターやスマート パーキングなど、IoT デバイスが高い伝送速度と遅延を必要とせず、データ量が少ないシナリオに適しています。
長距離非携帯通信
インターネットに直接接続することはできず、チャイナ テレコムなどの通信事業者に接続するには、ゲートウェイを介して転送する必要があります。
Wi-Fi
WiFi は、IEEE 802.11 プロトコルに基づくワイヤレス ローカル エリア ネットワーク技術であり、主に近距離の高速データ伝送に使用されます。これにより、コンピュータ、スマートフォン、タブレット、その他のデバイスがワイヤレス信号を使用してインターネットやその他のデバイスと通信できるようになります。主な周波数帯域は 2.4G および 5G Hz です。WiFi の高速伝送と幅広い用途により、現代のワイヤレス通信の重要なインフラストラクチャの 1 つになっています。通常、アプリケーション層の MQTT プロトコルに基づいてサーバーに接続します。
アドバンテージ：
- 高速データ伝送: WiFi は最大数百 Mbps の高速データ伝送をサポートし、高解像度ビデオやオンライン ゲームなどの高帯域幅アプリケーションのニーズを満たすことができます。
- 信頼性: WiFi ネットワークの信頼性は比較的高いです。最新のルーターには、最適な信号を自動的に検出する機能と、冗長機能も備わっているため、ノードに障害が発生した場合でも、他のノードを介してデータを送信できます。
- 利便性: WiFi ネットワークは非常に便利で、ネットワークを使用したくない人が侵入できないようにパスワードで保護できます。
- 豊富な設備：Wi-Fi設備が充実しており、多くの種類の端末機器に対応しています。
- 【幅広い用途】WiFi技術は、家庭、オフィス、公共の場所など、さまざまな場面で広く使用されています。
欠点:
- 高エネルギー消費：WiFiの高速伝送により、高エネルギー消費が発生します。これは、長期的な低消費電力のアプリケーションシナリオには適していません.
- 干渉：WiFi信号は電波を介して送信されるため、電子レンジ、他のワイヤレスネットワークなどを含む電磁波干渉を受ける可能性があります. また、信号は壁やパーティションなどの物理的な障害物によって干渉される可能性があります。
- 限られたカバレッジ: WiFi カバレッジは限られており、信号は建物などの物理的要因の影響を受けやすい. 大きな建物や大きな公共の場所などでは、複数の WiFi ホットスポットを使用して完全にカバーする必要があります.
- 高コスト: WiFi 機器のコストは比較的高いです。
WiFi は、家庭、企業、公共の場所でのネットワーク アクセスなど、高速データ転送と広い帯域幅が必要なシナリオに適しています。WiFi は、スマート ホーム、スマート オフィス、スマート シティなど、モノのインターネットにおけるデバイスの相互接続にも一般的に使用されています。これらのシナリオでは、WiFi は、ビデオとオーディオのストリーミング、オンライン ゲーム、在宅勤務、ファイル共有など、さまざまなアプリケーションをサポートできます。
ジグビー
ZigBee は、低消費電力でネットワークの信頼性が高い無線通信技術で、近距離で低データ レートの通信に使用されます。その通信プロトコルは、IoT の分野で広く使用されている IEEE 802.15.4 標準に基づいています。通常、アプリケーション層の MQTT プロトコルに基づいてサーバーに接続します。
アドバンテージ：
- 低消費電力：ZigBeeの消費電力は非常に少なく、端末バッテリーの寿命を延ばすため、長時間稼働する必要があるデバイスに適しています。
- 自己組織化ネットワーク: ZigBee は自己組織化ネットワークを採用し、マルチレベルのネットワーク トポロジをサポートし、ノード間の信頼性の高い通信を実現できます。したがって、ネットワークを管理するための中央制御ノードを必要とせず、ネットワーク内のデバイスを自動的に検出して参加できます。
- 高いセキュリティ：ZigBeeはAES-128ビット暗号化を採用しているため、高いセキュリティを備えています。
- 低コスト: ZigBee チップのコストは低いため、大規模な低コストの展開に適しています。
- 高い信頼性：ZigBeeはマルチパス伝搬技術を採用しているため、信号伝送の信頼性が高いです。
欠点:
- 低データレート: ZigBee 通信レートは低く、100kbp 未満であり、高速データ伝送アプリケーションのシナリオには適していません。
- 短い伝送距離: ZigBee の伝送距離は 10 ～ 100 m と短いため、カバレッジを拡大するには、ネットワークにさらに多くのデバイスを追加する必要があります。
- 互換性が悪い：異なるメーカーが製造したZigBeeデバイスは互換性がない場合があるため、デバイスを選択する際にはデバイスの互換性を考慮する必要があります。
- ネットワーク容量の制限: ZigBee は無制限の周波数帯域を使用するため、ネットワーク容量が制限され、大規模なデータ伝送には適していません。
- チャネル干渉: ZigBee ネットワークに干渉源がある場合、信号伝送に影響を与え、ネットワーク パフォーマンスを低下させます。
- 周波数制限: ZigBee の通信周波数は制限されており、特定の周波数帯域 (一般的には 2.4G Hz) でのみ使用できます。
ZigBee は、低消費電力、低データ レート、低コスト、低複雑性のワイヤレス センサー ネットワークを構築する必要があるシナリオに適しており、スマート ホームなど、伝送遅延とエネルギー消費に関する特定の要件があるシナリオに非常に適しています。産業オートメーション、スマート農業、セキュリティ監視など
LoRa（ロングレンジ）
LoRa (Long Range) は、モノのインターネットの LPWAN (Low Power Wide Area Network) のカテゴリに属する、低電力の長距離無線通信技術です。スペクトラム拡散変調技術と前方誤り訂正符号化技術を採用しているため、信号伝送距離が長くなり、干渉防止能力が強くなり、消費電力が比較的低くなり、IoTデバイスの長期的な動作ニーズを満たすことができます。通常、アプリケーション層の MQTT プロトコルに基づいてサーバーに接続します。
アドバンテージ：
- 長距離伝送能力: LoRa テクノロジーの伝送距離は 10 キロメートル以上に達し、広範囲の都市、村、山をカバーします。LoRa テクノロジーは、追加の中継装置なしで、さまざまな種類の地形や建物で情報を送信できます。
- LoRa テクノロジーは、バッテリで長時間駆動できる低電力通信モードを使用し、メンテナンス コストを削減します。
- 高い干渉防止：LoRaテクノロジーは、周波数シフトキーイング（FSK）とスペクトラム拡散テクノロジーを使用して、信号干渉を減らし、盗聴を防ぐことができます。
- 低コスト: LoRa テクノロジのチップと機器は比較的安価で、スマート シティ、スマート ホーム、その他の分野で広く使用できます。
- 展開が簡単: LoRa テクノロジはインフラストラクチャをほとんど必要とせず、ネットワーク カバレッジを迅速に実現できます。
欠点:
- 低い伝送速度: LoRa テクノロジーは低周波数帯域幅を使用するため、伝送速度は比較的遅く、一般に 300bps から 50kbps の間であり、高速データ伝送のニーズを満たすことができません。
- 大きな遅延: LoRa 通信の遅延は比較的大きく、通常は数百ミリ秒から数秒の間であり、高速な応答が必要なアプリケーション シナリオには適していません。
- 音声およびビデオ通信をサポートしていません：LoRaテクノロジーは主に低速データ伝送に使用され、リアルタイムの音声およびビデオ通信などの高速データ伝送には適していません。
一般に、LoRa テクノロジは、スマート シティ、スマート農業、産業オートメーションなど、長距離、低消費電力、低速データ伝送を必要とするアプリケーション シナリオに適しています。
LoRa と ZigBee の比較
- 伝送距離: LoRa の伝送距離は、ZigBee の伝送距離よりはるかに長いです。
- 通信消費電力：LoRaはZigBeeより消費電力が少ない。
- 干渉防止能力: LoRa は ZigBee よりも高い干渉防止能力を備えています。
- ネットワーク容量：LoRa は ZigBee よりも多くのノードをサポートし、ネットワーク容量はより大きくなります。
- ネットワークの安定性: ZigBee は、干渉が少ない環境でより安定しています。
- 伝送速度: ZigBee の伝送速度は LoRa よりも高速です。
したがって、LoRa は、長距離伝送、高い耐干渉能力、および低データ量を必要とするアプリケーションにより適しています。