从ZETA无线通信技术特点出发选择合适的物联网协议

 

—— 作者 | 纵行科技ZETA协议开发部 ——

 

业务背景：随着物联网技术的快速发展，正越来越多地在农业、工业、楼宇、资产跟踪、智能计量和智慧城市等多个领域中得到应用。物联网应用有其特定的要求，例如距离、数据速率、低功耗、有效净荷长度和成本效益等。

 

不过，对于某些领域的应用，距离、速率、功耗等这些要求都会有所不同，很难通过一种特定的技术来满足所有应用的要求，例如：在无线通信领域，想要降低数据传输的时延，往往需要提高传输的数据速率，但是数据速率也并非越高越好，速率越高信号就越容易产生衰减，导致传输距离就会变短。

 

相反，如果想要更广的信号覆盖，就需要降低信号传输的速率或者提高信号发射的功率，但是功率的提高又会带来功耗的增加。还有，很重要的一点就是频谱资源，频谱资源是有限的，非常珍贵，通常由国家严格管理。传输速率的提高往往也会消耗更多的频谱资源，想要传输更多的上行数据，就需要牺牲一点下行资源，相反亦然。所以，如何管理、利用好资源来传输更多的应用数据也极其关键。

 

不同应用场景需求不同

 

对于覆盖范围和电池寿命比较敏感的应用，如智慧农业，在对温度、湿度、光照等环境参数采集时，我们不需要太实时的关注这些采集数据，通常只要几十分钟内能感知到就行，更关注的是设备的电池寿命，传输距离以此来减少我们的布网成本。这个时候，我们就需要有一套能满足这种应用的广覆盖、低功耗、低成本的系统。

 

对于设备控制敏感的应用，如工业或者电网系统的智能表具控制，通常需要非常实时的控制或者采集数据，时延在秒级以内。这个时候就要提高数据速率跟实时监听下行数据， 因此需要牺牲功耗跟覆盖范围来满足低时延的要求，所以就需要有对时延、上下行资源严格控制的系统来满足这种应用。

 

对于成本敏感的应用，如物流托盘资产管理/货物跟踪场景，通常我们只关心货物在不在，在哪里，并不需要对其有任何控制，设备的电量需要有一定的保障，最主要的成本需要非常低，成本效益极其关键，这个时候我们就可以牺牲掉下行资源来达到极低的功耗跟硬件成本。

 

对于设备量、数据量敏感的应用，如果智慧城市、智慧园区的布网中需要很多的传感器设备如温度、湿度、水压、水流、烟感等，设备量往往比较多；数据传输的频率也比较高，有可能几分钟就需要传输一次上行数据，对下行控制的需求也不会太频繁。这时候就需要一套系统能合理的管理数据的传输、降低数据冲突的概率，并且保证数据的可靠性、安全性。

 

因此，我们需要有不同的物联网协议来实现物联设备更顺畅的通信。基于此，纵行科技推出了5大物联网通信协议。本文将分别介绍各个ZETA协议的特点，以帮助大家选择哪种协议更适合您的物联网项目。

 

• ZETA-P (Panging)：Mesh自组网、低时延、基于Alopha协议设计、远程批量升级。
• ZETA-S (Time Synchronized Multi-hop)：Mesh自组网、TDM系统、低碰撞率、远程批量升级。
• ZETA-G(taG)：仅单向上行、极低成本。
• ZETA-C(Controlling)：Mesh自组网、下行链路优先、具有多播、轮询功能、远程批量升级。
• ZETA-H（High Data Rate）：Mesh自组网、大帧数据传输、资源调度、远程批量升级。

 

5种ZETA协议详情介绍

01 ZETA-P协议

• 接入网络：模块将在访问网络时选择最佳的AP路由。
• 网络自愈：网络不稳定的网络设备将自动优化其路由。
• 数据上行：只要产生数据，就立即发送。
• 数据下行:  两种接收下行模式，ACK下行：仅在上行传输后接收数据，省电模式；实时下行：始终从云上接收数据，功耗高。
• 树状拓扑：低功率网状中继可以建立最多4跳树式网络。

02 ZETA-S协议

• 接入网络：模块将在访问网络时选择最佳的AP路由，入网成功后获取工作时隙跟频率。
• 网络自愈：网络不稳定的网络设备将自动优化其路由。
• 数据上行：模块在分配的时隙和分配的工作频率下传输数据。
• 数据下行:  两种接收下行模式，ACK下行：仅在上行传输后开启接收下行时隙接收数据，省电模式；实时下行：在指定时间内从云接收数据（时间在服务器上可配置）。
• 树状拓扑：低功率网状中继可以建立最多3跳树式网络。

03 ZETA-G协议
 

 

• 接入网络：在服务器上进行数据合法性校验。
• 数据上行：模块在信道监听后发送数据（如果有多个AP，则接收多个数据）MS只用于发送数据，AP只用于接收数据。

 

04 ZETA-H协议
 

 

• 接入网络：模块将在访问网络时选择最佳的AP路由，入网成功后获取工作时隙跟频率。
• 网络自愈：网络不稳定的网络设备将自动优化其路由。
• 数据上行：资源调度，模块需要发送上行数据时需要向AP进行资源请求，由AP完成资源调度，分配空口资源后才能上行。
• 数据下行:  寻呼下行降低功耗。
• 树状拓扑：低功率网状中继可以建立最多2跳树式网络。
  
  05 ZETA-C协议
   

 

• 接入网络：模块将在访问网络时选择最佳的AP路由，入网成功后获取工作时隙跟频率。
• 网络自愈：网络不稳定的网络设备将自动优化其路由。
• 数据上行：主动上行：模块在分配的时隙和分配的工作频率上传输数据。（较高延时）
• 轮询反馈：轮询指令后立即上行，频率资源由AP调度。（极低时延）
• 数据下行:  具有连续的接收下行窗口，实时从云上接收数据。（极低时延）
• 树状拓扑：网状中继最多可以建立2跳树式网络。

5种ZETA协议参数指标

 

不同场景协议应用示例

智慧农业

 

 

在农业中，传感器设备需要较长的电池寿命。对于环境的变化通常不需要很实时，如温度、湿度的变化几十分钟或几个小时更新一次都可以接受，通常这些数据的数据量都比较小，并且不需要很实时的下行控制，ZETA-P是很不错的选择。

 

智慧城市

 

在智慧城市的建设中，温度、湿度、水流、水质、漏水传感器设备也发挥着重要的作用，这些检测告警需要较实时地通知到管理部门及时响应，通常需要半小时左右上报一次数据。因此，对于设备量较多、单次上报数据量不大的场景，ZETA-S是个很好的选择。

 

智慧工业

 

在工业领域中，对机械设备进行实时监控，进行预测性维护可防止生产线意外停机，避免造成较大损失。如果您需要采集边缘AI的原始数据（如设备振动数据），这些数据通常较大（几十K或几百K），并且需要保证数据的准确性，ZETA-H可以满足这种应用需求。

 

智能电网

 

在电网系统中，通常需要对各种表具进行实时的数据采集及控制。由于设备通常接着市电，功耗的要求不高，ZETA-C的下行时延极低，可以很好的满足这种需求。

 

物流托盘资产管理/跟踪

 

目前，物流管理中需要跟踪托盘，以确定货物的位置和状况。在此场景中，设备成本和电池寿命是用户最关心的。ZETA-G可以很好地满足这种需求，物流公司可以搭建自己的仓网来管理资产。同时，低成本的物流标签也可以配合纵行科技的高速公路网来实现货物的跟踪。