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WiMinet 评说1.1:多跳无线网络的现状

关键词:无线通讯 多跳网络

时间:2024-01-03 15:01:05      来源:网络

近些年,随着电脑,手机,智能家居等电子产品的快速普及,无线通讯已经深入到人们日常生活的各个方面,成为人们迅速、方便地获取信息,和外界保持沟通的重要渠道。对于无线通讯而言,有多个因素会影响到系统的整体性能,其中通讯距离是非常关键的一项。

1、短程无线通讯 ( SRD ) 技术

近些年,随着电脑,手机,智能家居等电子产品的快速普及,无线通讯已经深入到人们日常生活的各个方面,成为人们迅速、方便地获取信息,和外界保持沟通的重要渠道。对于无线通讯而言,有多个因素会影响到系统的整体性能,其中通讯距离是非常关键的一项。在无线通讯过程中影响通讯系统性能的因素有发射机输出功率Pt、发射机天线增益Gt、接收机天线增益Gr、接收机接收灵敏度Sr,它们与链路预算L的关系如下:

L = Pt+ Gt + Gr - Sr

当链路预算L≥链路损耗D时,该链路在理论上是可以正常通信的。为了确保通讯稳定可靠,通讯距离是不能超频链路预算的。对于短程无线通讯(SRD)而言,收发机之间的距离通常较近,因此其链路预算非常充足。在短距离无线通讯技术中,Wi-Fi技术毫无疑问是知名度最大,日常生活使用最多的。现如今大多数的城镇家庭都会在客厅安装Wi-Fi路由器,其房屋使用面积一般不超过150m2(12m*12m),而室内Wi-Fi信号的覆盖半径可达20m,因此一台普通的路由器能够做到良好的信号覆盖。

2、Wi-Fi mesh

在机场、别墅这样的场所中,通讯场地面积要大很多,单台路由器要想实现良好的信号覆盖就显得有些吃力了。早期人们通常的做法是多买几个路由器,将路由器分别安装在不同的地方,由每个路由器负责覆盖一个固定的区域,这样可以实现整体的信号覆盖。但人们很快便发现了新的问题,当在这些区域来回走动的时候,手机信号会逐渐变弱,变灰,直至最终熄灭,过了数分钟后又重新连接了新的路由器,此时信号才恢复正常。这个过程中,严重的卡顿给人糟糕的网络体验。

现在人们有了新的解决方案——Wi-Fi mesh,其学名又叫802.11s。相较于传统的多路由器方案,Wi-Fi mesh采用的是路由器加中继器的组合架构;这些中继器在上电启动的时候会和这个路由器进行身份认证和网络注册,然后就可以和这个路由器协同工作在相同的信道;由于中继器是附属于这个路由器的信号转发设备,是这个无线路由器的信号延伸,因此其整体而言可以当作一个分布式的Wi-Fi路由器。手机在漫游移动的时候,接收到的始终是来自同一个无线路由器,同一个无线信道的信号,而不是来自多路由器,且独立不同的无线信道的数据,因此手机始终感受不到漫游切换的存在,也就没有了信道搜索,身份认证,地址分配等一系列耗时几十秒的网络注册过程,其漫游体验就好得多。

3、蓝牙 mesh

在短程无线通讯技术中,另一种较为流行被人们所熟知的技术是蓝牙。我们常见的大多数蓝牙设备都是工作在点对点模式。手机可以一对一连接到智能手环,体温计,耳机,音响,或者笔记本电脑、平板电脑等设备。

蓝牙还可以组建一种2-8个节点的小型 Piconet网络,其中一个设备做Primary设备,其余的设备做 Secondary 设备;这种模式因为不太常见,所以不为人们所熟知。

蓝牙其实还有一种更不常见的网络模式,就是scatter net,这种模式下虽然可以组成一个稍微大一些的网络,但是却是以牺牲其带宽和稳定为代价的。

近些年,随着智能家居等新兴行业的蓬勃发展,人们需要一个规模更大,通讯距离更远,扩展性更强的网络,此时经典蓝牙的小型单跳网络,点对点和一对多通讯模式等技术指标已经捉襟见肘,于是蓝牙国际组织在2017年7月17日发布了Bluetooth Mesh 的技术。新的蓝牙Mesh技术除了增加发射功率,支持更多的跳数和更大的网络规模之外,还可以实现多对多的通讯模式,极大的拓展了蓝牙技术的生态领域。

4、ZigBee 技术:家庭和工业

有意思是的是,在智能家居领域无线通讯技术的“拓荒者”其实不是蓝牙Mesh,而是ZigBee;正因为蓝牙是所有手机的标配,而智能家居又大多是以手机作为操作终端的,它才凭借天然的竞争优势乘势崛起。ZigBee是一项新型的无线通信技术,其最主要的特点就是低功耗和多跳网络,蓝牙在补齐了多跳的短板之后,已经与之旗鼓相当了,但是其生态联盟要强大太多。虽然在智能家居领域遇到了蓝牙Mesh这个强劲的对手,但在工业无线通讯中ZigBee技术依然可以凭借其十余年的先发优势而占据优势地位,特别是在工业SCADA系统,油田、电力、矿山等领域的无线传感器应用方面占有较高的市场份额。

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