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盘点:物联网常见的无线和有线通信方式

2017-01-19 [责任编辑:sherry]
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【导读】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。那么常见的物联网通信方式到底有哪些?

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,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。

常见的物联网通信方式


常用的物联网通信方式可以分为四大种类,见下图:
1.有线传输
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:
1.有线传输
 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。
1.有线传输
 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):
 2、近距离无线传输
 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。
3.传统互联网
 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。

关键字:物联网 无线 有线通信 
本文链接:http://www.cntronics.com/rf-art/80032089
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