德通学院

Dtelec Institute

4G和WiFi哪个方案更适合选煤厂

2020-02-24

4G无线专网与Wi-Fi网络技术对比分析

 研发中心 慕广斌

1、概述

 随着煤炭生产的现代化程度不断提高,对通信手段、系统功能的要求也在不断增多。保证通信信息能够及时、准确、稳定的传递对于煤炭生产经营极为重要。传统的有线网络已无法满足广覆盖、大带宽、移动通信的需求,企业无线专网的搭建势在必行。目前主流的选择是Wi-Fi和4G两种方案,下面对它们的优缺点进行分析比较。

2、4G与Wi-Fi的技术特点

2.1、4G技术简介

第四代移动通信技术LTE简称4G)在继承其TDD优点的同时又与时俱进的引入了MIMO(多入多出技术)与OFDM(正交频分复用技术)。相比于TD-SCDMA,在性能方面LTE在系统带宽、网络时延、移动性方面都有了跨越式提高。TD-LTE在速率和频谱利用率方面有巨大的优势。

LTE发展至今,其自身产业链非常成熟,可以提供包括终端、芯片、无线接入网、核心网和业务平台,用户可以快速搭建业务应用。同时,终端应用也是非常多样化,从而保证为专网客户提供端到端的解决方案。

从应用方面来看,TD-LTE满足用户移动无线宽带的需求,可以为用户提供高清视频传输、在线业务互动、高清视频会议等丰富的高带宽、高速率业务,同时也覆盖语音、视频通话、短信等基础业务。

2.2 Wi-Fi技术简介

Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌,由非盈利组织Wi-Fi联盟所持有,该组织负责测试各种设备与IEEE802.11的兼容性。建立了一系列标准,保证无线设备之间的互操作性与向后兼容性。截止目前,全球范围内已有400家公司加入了Wi-Fi联盟。

Wi-Fi主流设备已支持802.11ac wave2协议,一般设备能支持到3*3MIMO,兼容802.11g/n协议,支持双频的设备2.4G,5G频段都可使用,5G频宽最多可达160M,接入速率可到2200Mbps左右。

Wi-Fi主要用于小场合、高密度、大带宽的需求场景。相对于LTE,技术简单,功能单一。Wi-Fi的特点是可以在短距离内以高能耗传送大量的数据,对于工厂内局部区域布置大量传感器、带宽要求大的场景比较适用。

在自由空间中,低功率室内型AP覆盖半径20米左右,高功率室外型AP覆盖半径150米左右。一般情况下,不超出视距就是AP能覆盖的最大范围,许多常见的物体都可以吸收、反射2.4G和5G信号,因此信号的传输距离不如4G远,一般按100m左右布置。

一个典型的Wi-Fi结构是AP+AC,AP是无线热点,AC是AP的控制器。1个AC可以控制多个AP,AP之间可以实现无缝漫游,但单个AP不能实现无缝漫游功能。

WLAN有两种基本架构:

一种是FAT AP架构,又叫自治式网络架构。

一种是AC FIT AP架构,又叫集中式网络架构。

 

 

3、4G与Wi-Fi主要技术参数对比表

对比参数

4G(LTE)

Wi-Fi

理论速率

150Mbps

2200Mbps

覆盖范围

5公里左右

半径150米

回传距离

几十公里

900米

频段

公网、专网可选

2.4G,5G,开放使用

多业务承载

专业集群,语音视频300ms组呼建立

纯数据传送,不支持语音视频组呼,延时长

多用户支持

较弱

移动能力

相对弱

终端设备

公网、专网可选

符合Wi-Fi认证

APP适配

无需适配,通用手机移动端均可使用

 

无需适配,通用手机移动端均可使用

人员定位

启用终端GPS实现人员定位,定位精确,主要应用于室外

应用于室内,精度不高,价格便宜

安全性

极强

较弱

可靠性

极强

开放频段,易受干扰

终端管理能力

良好

简便

应用场合

广阔区域,高密度终端,高带宽

小区域,高带宽消耗

通用性

通用专网基站

全球市场标准产品

可开发性

开放SDK接口

安装网管软件可提供各种接口

调试维护难度

设备少,但有技术难度

设备多,但技术难度低

成本

少量部署,施工成本低,

设备价格高

密集部署,施工成本高,

设备价格便宜

4、结论

经多方面对比,主要技术参数总结如下:

  1. 区域覆盖能力Wi-Fi(802.11a/b/g/n/ac等)的覆盖一般为热点式的覆盖半径约100米左右大功率AP也可以达到500米以上。Wi-Fi是一种局域网技术,主要用于解决“最后100 m”的接入问题。4G以及2G/3G是为了实现广域、泛众式的覆盖,建筑密集区一般约5km,空旷区域可达20-30km。因此4G的覆盖范围明显占优势
  2. 信号稳定性WiFi信号容易波动,可能出现时快时慢,WiFi热点间距过大,会有信号盲区;间距过密,相互干扰就很严重。如果刻意追求WiFi环境下的移动无缝体验,一是需要密集布置基站,建设成本增加,维护量增大;二是用户的智能终端频繁的重新链接注册。在静止状态下,WiFi信号还行,移动状态下因为盲区和切换会使wifi终端及业务软件频繁注册,应用效果会大打折扣。而4G信号质量、网速稳定,设备少,维护简单。
  3. 抗干扰性WiFi信号容易被干扰,路由器工作在非授权频段,即2.4-2.4835GHz和5.725-5.850GHz。这些频段拥挤着大量的设备,大家各玩各的,缺乏有效的管理机制,比如WIFI中采用CSMA/CA,可以通俗理解为竞争机制,同频情况下,谁抢到了信道谁就先发送消息,因此带来大量同频干扰,影响了信道质量。所以需要对发射功率进行限制,不然大家就都无法使用。而4G工作在授权频段,有严格的频段管理和划分,基站是自己的,频段是专用的不受其他无线设备干扰。选煤厂一般远离市区,4G可以使用运营商未使用的公网频段或专网频段,抗干扰性强,信号稳定性好。
  4. 安全性4G基站属于工业设备,其所采用的算法、芯片等都是性能强劲,安全性能比较高。WiFi采用的无线路由器是一般通用设备,WiFi数据容易被截获,安全性弱。
  5. 接入能力4G多用户接入能力强,WiFi多用户接入能力弱,多个终端并发接入时会存在掉线及无法接入问题;WiFi是争抢模式,谁强谁体量大会占更多资源;4G是平等模式,每个终端都有机会,不会被挤掉。
  6. 穿透能力4G穿透能力强,可以兼顾室内外覆盖;WiFi穿透能力较弱。
  7. 维护难度4G覆盖面积广,设备少网络维护简单,但有技术含量。WiFi覆盖范围小,需要密集部署WiFi基站,维护工作较大,但技术难度低。
  8. 带宽4G的理论带宽下行100M、上行50M,实际应用约20M,对于大带宽数据应用受限。WiFi带宽可达1000M以上,速度快。
  9. 投资成本:建设投资方面4G比WiFi大约高出30-50%左右。
    综上比较,4G技术方案应用于选煤厂的场景更具有优势。
      
                                        天津德通电气股份有限公司 
     
     

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