常見的物聯(lián)網(wǎng)通信方式

1、常見的物聯(lián)網(wǎng)通信方式隨著時代進步和發(fā)展，社會逐步進入互聯(lián)網(wǎng)+，各類傳感器采集數(shù)據(jù)越來越豐富，大數(shù)據(jù)應(yīng)用隨之而來，人們考慮把各類設(shè)備直接納入互聯(lián)網(wǎng)以方便數(shù)據(jù)采集、管理以及分析計算。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)智能化已經(jīng)不再局限于小型設(shè)備、小網(wǎng)絡(luò)階段，而是進入到完整的智能工業(yè)化領(lǐng)域，智能物聯(lián)網(wǎng)化在大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實上步入成熟，并納入互聯(lián)網(wǎng)+整個大生態(tài)環(huán)境。一、前言     早期的物聯(lián)網(wǎng)是指兩個或多個設(shè)備之間在近距離內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，解決物物相連，早期多采用有線方式，比如RS323、RS485，考慮設(shè)備的位置可隨意移動的方便性（有根線太丑了），后期更多的使用無

2、線方式； 隨著時代進步和發(fā)展，社會逐步進入互聯(lián)網(wǎng)+，各類傳感器采集數(shù)據(jù)越來越豐富，大數(shù)據(jù)應(yīng)用隨之而來，人們考慮把各類設(shè)備直接納入互聯(lián)網(wǎng)以方便數(shù)據(jù)采集、管理以及分析計算。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)智能化已經(jīng)不再局限于小型設(shè)備、小網(wǎng)絡(luò)階段，而是進入到完整的智能工業(yè)化領(lǐng)域，智能物聯(lián)網(wǎng)化在大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實上步入成熟，并納入互聯(lián)網(wǎng)+整個大生態(tài)環(huán)境。二、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展最早的物聯(lián)網(wǎng)只是簡單把兩個設(shè)備用信號線連接在一起： 后來使用了無線，也出現(xiàn)了簡單的組網(wǎng)：在互聯(lián)網(wǎng)+時代，越來越多的傳感器、設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)也不單是通過網(wǎng)線傳輸，引入了空中網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛： 

3、三、常見的物聯(lián)網(wǎng)通信方式筆者對常用的物聯(lián)網(wǎng)通信方式進行歸納總結(jié)分為四大種類，見下圖：1、有線傳輸設(shè)備之間用物理線直接相連，不是很方便。主要有電線載波或載頻、同軸線、開關(guān)量信號線、RS232串口、RS485、USB，這里只對常用的RS232串口、RS485、USB做介紹。       RS232串口：串行通信接口，全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”，是電腦與其它設(shè)備傳送信息的一種標準接口；該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定

4、，還對各種信 號的電平加以規(guī)定；RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信，常用的串口線一般只有12米。見圖：  RS-485總線：在要求通信距離為幾十米到上千米時或者有多設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求時，RS232無法滿足，因此誕生了RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力,加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，使得傳輸信號能在千米以外得到恢復，RS-485采用半雙工工作方式，可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線，允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺

5、接收器。   USB：通用串行總線，是一個外部總線標準，支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能,具有傳輸速度快、使用方便、連接靈活，獨立供電等優(yōu)點。USB用一個4針（USB3.0標準為9針）插頭作為標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設(shè)連接起來，最多可以連接127個外部設(shè)備，并且不會損失帶寬。可連接鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀、攝像頭、充電器、閃存盤、移動硬盤、外置光驅(qū)/軟驅(qū)、USB網(wǎng)卡、ADSL Modem、Cable Modem 、MP3機、手機、數(shù)碼相機等幾乎所有的外部設(shè)備。已成功替代串口和并口，并成為個人電腦、智能設(shè)備的必配接口之一。2、近距離無線傳輸設(shè)備之間用無線信號傳輸

6、信息。主要有無線RF433/315M、藍牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan。 RF433/315M：無線收發(fā)模組，采用射頻技術(shù)，工作在ISM頻段（433/315MHz），一般包含發(fā)射器和接收器，頻率穩(wěn)定度高，諧波抑制性好，數(shù)據(jù)傳輸率1K128Kbps，采用GFSK的調(diào)制方式具有超強的抗干擾能力。應(yīng)用范圍： （1）無線抄表系統(tǒng) （2）無線路燈控制系統(tǒng)（3）鐵路通信（4）航模無線遙控（5）無線安防報警（6）家居電器控制 （7）工業(yè)無線數(shù)據(jù)采集（8）無線數(shù)據(jù)傳輸。低功耗的RF433可在2.1-3.6V電壓范圍內(nèi)工作，在1SEC周期輪詢喚醒省電模式(Polling

7、60;mode下，接收僅僅消耗不到20uA，一節(jié)3.6V/3.6A的鋰亞電池可工作10年以上。藍牙（Bluetooth）：使用2.42.485GHz的ISM波段的UHF無線電波、基于數(shù)據(jù)包、有著主從架構(gòu)的一種無線技術(shù)標準，可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離數(shù)據(jù)交換。由藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）管理，IEEE將藍牙技術(shù)列為IEEE 802.15.1，但如今已不再維持該標準，藍牙技術(shù)擁有一套專利網(wǎng)絡(luò)，可發(fā)放給符合標準的設(shè)備。藍牙使用跳頻技術(shù)，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，通過79個指定的藍牙頻道分別傳輸數(shù)據(jù)包。每個頻道的頻寬為1 MHz。藍牙4.0使用2 MHz 間距，可容納40個頻道。質(zhì)

8、量好的無線藍牙耳機電池可以使用時間一般是2-3年，通常是數(shù)周。Zigbee：是基于IEEE802.15.4標準的低速、短距離、低功耗、雙向無線通信技術(shù)的局域網(wǎng)通信協(xié)議，又稱紫蜂協(xié)議。特點是近距離、低復雜度、自組織（自配置、自修復、自管理）、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY、媒體訪問控制層(MAC、傳輸層(TL、網(wǎng)絡(luò)層(NWK、應(yīng)用層(APL等，其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規(guī)定，主要用于傳感控制應(yīng)用(Sensor and Control?？晒ぷ髟?.4GHz(全球流行、868MHz(歐洲流行和915 MHz(美國流行3個頻段上,分

9、別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，單點傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi), ZigBee是可由一個到65535個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，從標準的75m距離進行無限擴展。ZigBee 節(jié)點非常省電，其電池工作時間可以長達6 個月到2 年左右，在休眠模式下可達10 年，下圖是Zigbee的組網(wǎng)圖（該圖來源于網(wǎng)上）： Z-Wave：是由丹麥公司Zensys所一手主導的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)，工作頻帶為908.42MHz(美國868

10、.42MHz(歐洲，采用FSK(BFSK/GFSK調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kb 40kb/s，信號的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過100m，適合于窄寬帶應(yīng)用場合。Z-Wave采用了動態(tài)路由技術(shù)，每一個Z-Wave網(wǎng)絡(luò)都擁有自己獨立的網(wǎng)絡(luò)地址(HomeID;網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個節(jié)點的地址(NodeID，由控制節(jié)點(Controller分配。每個網(wǎng)絡(luò)最多容納232個節(jié)點(Slave，包括控制節(jié)點在內(nèi)。Zensys提供Windows開發(fā)用的動態(tài)庫(Dynamically Linked Library, DLL，開發(fā)者該DLL內(nèi)的API函數(shù)來進行PC軟件設(shè)計。通過Z-Wave技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)，

11、不僅可以通過本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)對家電的遙控，甚至可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)對Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進行控制。 IPv6/6Lowpan：基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標準，即IPv6 over IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4標準設(shè)計用于開發(fā)可以靠電池運行1到5年的緊湊型低功率廉價嵌入式設(shè)備(如傳感器。該標準使用工作在2.4GHz頻段的無線電收發(fā)器傳送信息，使用的頻帶與Wi-Fi相同，但其射頻發(fā)射功率大約只有Wi-Fi的1%。6LoWPAN的出現(xiàn)使各類低功率無線設(shè)備能夠加入IP家庭中，與Wi-Fi、以太網(wǎng)以及其他類型的設(shè)備并網(wǎng)；IETF 6LoWPAN技術(shù)具有無線

12、低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò)的特點，是物聯(lián)網(wǎng)感知層、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)，ZigBee新一代智能電網(wǎng)標準中SEP2.0已經(jīng)采用6LoWPAN技術(shù)，隨著美國智能電網(wǎng)的部署，6LoWPAN將成為事實標準，全面替代ZigBee標準。      LoRa：易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)技術(shù)，使用線性調(diào)頻擴頻調(diào)制技術(shù)，即保持了像FSK（頻移鍵控）調(diào)制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾，即不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發(fā)送也不會相互干擾，因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)（Concentrator/Gateway）能夠并行接收

13、并處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，大大擴展了系統(tǒng)容量。主要在全球免費頻段運行（即非授權(quán)頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、服務(wù)器和云四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸，傳輸距離可達15到20公里。3、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在，基本上所有的軟件系統(tǒng)都運行在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，人們從互聯(lián)網(wǎng)上獲取各類數(shù)據(jù)，進行交流溝通、工作，基本上所有人都知道互聯(lián)網(wǎng)，這里只做簡單描述。    WIFI：基于IEEE 802.11標準的無線局域網(wǎng)，可以看作是有線局域網(wǎng)的短距離無線延伸。組建WIFI只需要一個無線AP或是無線路由器就可以，

14、成本較低。  以太網(wǎng)：包括標準的以太網(wǎng)（10Mbit/s、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3，IEEE802.3規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。  4、移動空中網(wǎng)移動無線通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，移動終端直接接入到互聯(lián)網(wǎng)世界，隨著通信資費下降以及3G/4G無線模塊成本下降，由于3G/4G可以很方便直接與互聯(lián)網(wǎng)通信，越來越多的設(shè)備采用移動網(wǎng)技術(shù)。GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，屬于第二代移動通信中的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，介于2G和3G之間的技術(shù)，也被稱為2.5G，可說是GSM的延續(xù)。GPRS以封包（Packet）式來傳輸，傳輸速率可提升至56114Kbps。3G/4G: 第三和第四代移動通信技術(shù)，4G是集3G與WLAN于一體，能夠快速高質(zhì)量地傳輸數(shù)據(jù)、圖像、音頻、視頻等。4G可以在有線網(wǎng)沒有覆蓋的地方部署，能夠以100Mbps以上的速度下載，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求，具有不可比擬的優(yōu)越性。4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)