常见的物联网通信方式

梅达尔多

常见的物联网通信方式

　　一、前言

　　早期的物联网是指两个或多个设备之间在近距离内的数据传输，解决物物相连，早期多采用有线方式，比如RS323、RS485，考虑设备的位置可随意移动的方便性(有根线太丑了)，后期更多的使用无线方式;

　　随着时代进步和发展，社会逐步进入互联网+，各类传感器采集数据越来越丰富，大数据应用随之而来，人们考虑把各类设备直接纳入互联网以方便数据采集、管理以及分析计算。简而言之，物联网智能化已经不再局限于小型设备、小网络阶段，而是进入到完整的智能工业化领域，智能物联网化在大数据、云计算、虚拟现实上步入成熟，并纳入互联网+整个大生态环境。

　　二、物联网的发展

　　最早的物联网只是简单把两个设备用信号线连接在一起；后来使用了无线，也出现了简单的组网；在互联网+时代，越来越多的传感器、设备接入互联网，互联网也不单是通过网线传输，引入了空中网、卫星网等，应用的领域也越来越广泛。

      三、常见的物联网通信方式

　　笔者对常用的物联网通信方式进行归纳总结分为四大种类，见下图：

　　1.有线传输

　　设备之间用物理线直接相连，不是很方便。主要有电线载波或载频、同轴线、开关量信号线、RS232串口、RS485、USB，这里只对常用的RS232串口、RS485、USB做介绍。

　　RS232串口：串行通信接口，全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间 串行二进制数据交换接口技术标准”，是电脑与其它设备传送信息的一种标准接口;该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加以规定;RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信，常用的串口线一般只有1~2米。见图：

　　RS-485总线：在要求通信距离为几十米到上千米时或者有多设备联网需求时，RS232无法满足，因此诞生了RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力,加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，使得传输信号能在千米以外得到恢复，RS-485采用半双工工作方式，可以联网构成分布式系统，用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线，允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

　　USB：通用串行总线，是一个外部总线标准，支持设备的即插即用和热插拔功能,具有传输速度快、使用方便、连接灵活，独立供电等优点。USB用一个4针(USB3.0标准为9针)插头作为标准插头，采用菊花链形式可以把所有的外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。可连接键盘、鼠标、打印机、扫描仪、摄像头、充电器、闪存盘、、移动硬盘、外置光驱/软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem 、MP3机、手机、数码相机等几乎所有的外部设备。已成功替代串口和并口，并成为个人电脑、智能设备的必配接口之一。

      2、近距离无线传输

　　设备之间用无线信号传输信息。主要有无线RF433/315M、蓝牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan。

　　RF433/315M：无线收发模组，采用射频技术，工作在ISM频段(433/315MHz)，一般包含发射器和接收器，频率稳定度高，谐波抑制性好，数据传输率1K～128Kbps，采用GFSK的调制方式具有超强的抗干扰能力。应用范围： (1)无线抄表系统 (2)无线路灯控制系统(3)铁路通信(4)航模无线遥控(5)无线安防报警(6)家居电器控制 (7)工业无线数据采集(8)无线数据传输。低功耗的RF433可在2.1-3.6V电压范围内工作，在1SEC周期轮询唤醒省电模式(Polling mode)下，接收仅仅消耗不到20uA，一节3.6V/3.6A的锂亚电池可工作10年以上。

　　蓝牙(Bluetooth)：使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波、基于数据包、有着主从架构的一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。由蓝牙技术联盟(SIG)管理，IEEE将蓝牙技术列为IEEE 802.15.1，但如今已不再维持该标准，蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。蓝牙使用跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包。每个频道的频宽为1 MHz。蓝牙4.0使用2 MHz 间距，可容纳40个频道。质量好的无线蓝牙耳机电池可以使用时间一般是2-3年，通常是数周。

　　Zigbee：是基于IEEE802.15.4标准的低速、短距离、低功耗、双向无线通信技术的局域网通信协议，又称紫蜂协议。特点是近距离、低复杂度、自组织(自配置、自修复、自管理)、低功耗、低数据速率。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等，其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，主要用于传感控制应用(Sensor and Control)。可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，单点传输距离在10-75m的范围内, ZigBee是可由一个到65535个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，从标准的75m距离进行无限扩展。ZigBee 节点非常省电，其电池工作时间可以长达6 个月到2 年左右，在休眠模式下可达10 年，下图是Zigbee的组网图(该图来源于网上)：

　　Z-Wave：是由丹麦公司Zensys所一手主导的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术，工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kb~ 40kb/s，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄宽带应用场合。Z-Wave采用了动态路由技术，每一个Z-Wave网络都拥有自己独立的网络地址(HomeID);网络内每个节点的地址(NodeID)，由控制节点(Controller)分配。每个网络最多容纳232个节点(Slave)，包括控制节点在内。Zensys提供Windows开发用的动态库(Dynamically Linked Library, DLL)，开发者该DLL内的API函数来进行PC软件设计。通过Z-Wave技术构建的无线网络，不仅可以通过本网络设备实现对家电的遥控，甚至可以通过Internet网络对Z-Wave网络中的设备进行控制。

　　IPv6/6Lowpan：基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6 over IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4标准设计用于开发可以靠电池运行1到5年的紧凑型低功率廉价嵌入式设备(如传感器)。该标准使用工作在2.4GHz频段的无线电收发器传送信息，使用的频带与Wi-Fi相同，但其射频发射功率大约只有Wi-Fi的1%。6LoWPAN的出现使各类低功率无线设备能够加入IP家庭中，与Wi-Fi、以太网以及其他类型的设备并网;IETF 6LoWPAN技术具有无线低功耗、自组织网络的特点，是物联网感知层、无线传感器网络的重要技术，ZigBee新一代智能电网标准中SEP2.0已经采用6LoWPAN技术，随着美国智能电网的部署，6LoWPAN将成为事实标准，全面替代ZigBee标准。

　　3.传统互联网

　　互联网发展到现在，基本上所有的软件系统都运行在互联网基础上，人们从互联网上获取各类数据，进行交流沟通、工作，基本上所有人都知道互联网，这里只做简单描述。

　　WIFI：基于IEEE 802.11标准的无线局域网，可以看作是有线局域网的短距离无线延伸。组建WIFI只需要一个无线AP或是无线路由器就可以，成本较低。

　　以太网：包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)和10G(10Gbit/s)以太网。它们都符合IEEE802.3，IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。

　　4、移动空中网

　　移动无线通信技术发展到现在，移动终端直接接入到互联网世界，随着通信资费下降以及3G/4G无线模块成本下降，由于3G/4G可以很方便直接与互联网通信，越来越多的设备采用移动网技术。

　　3G/4G:第三和第四代移动通信技术，4G是集3G与WLAN于一体，能够快速高质量地传输数据、图像、音频、视频等。4G可以在有线网没有覆盖的地方部署，能够以100Mbps以上的速度下载，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，具有不可比拟的优越性。4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。