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常见的物联网通信方式

一、前言

早期物联网是指两个或两个以上设备之间的近距离数据传输,解决物联网问题,早期采用有线方法,如RS323、RS485.考虑到设备位置可以随意移动的便利性(根线太丑),后期使用更多的无线方法;

随着时代的进步和发展,社会逐渐进入互联网 ,各种传感器收集的数据越来越丰富,大数据应用也随之而来。人们考虑直接将各种设备纳入互联网,以便于数据收集、管理和分析和计算。简而言之,物联网智能不再局限于小型设备和小型网络阶段,而是进入完整的智能工业化领域。智能物联网已经成熟于大数据、云计算和虚拟现实,并被纳入互联网 整个大生态环境。

二是物联网的发展

最早的物联网只是简单地将两个设备与信号线连接在一起,然后使用无线,也出现了一个简单的网络,在互联网上 随着时代的推移,越来越多的传感器和设备接入互联网,互联网不仅通过网线传输,还引入了空中网和卫星网,应用领域越来越广泛。

三、物联网通信方式常见

笔者总结了常用的物联网通信方式,分为四类:

物理线直接连接设备不太方便。主要包括电线载波或载频、同轴线、开关量信号线、RS232串口、RS485、USB,这里只常用RS232串口、RS485、USB做介绍。

:串行通信接口的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计算机和其他设备传输信息的标准接口;该标准规定使用25只脚 DB25连接器规定了连接器每个引脚的信号内容,并规定了各种信号 规定号的电平;RS-232属于单端信号传输,共地噪声和共模干扰不能抑制,因此一般用于20m通信中常用的串口线一般只有1~2米。

当需要几十米到几千米的通信距离或多个设备连接时,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,总线收发器灵敏度高,可检测低至200mV电压使传输信号在千米外恢复,RS-485采用半双工作模式,可以连接网络形成分布式系统,非常方便多点连接,可以节省大量信号线,允许32个驱动器和32个接收器并联。

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,所有外设都可以以菊花链的形式连接,最多可以连接127个外设,不会失去带宽。键盘、鼠标、打印机、扫描仪、摄像头、充电器、闪存盘、移动硬盘、外部光驱/软驱USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem 、MP几乎所有的外部设备,如手机、数码相机等。已成功替代串口和并口,成为个人电脑和智能设备的必备接口之一。

无线信号用于设备之间的信息传输。主要有无线信号。RF433/315M、蓝牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan。

无线收发模块采用射频技术工作ISM频段(433/315MHz),一般包括发射器和接收器,频率稳定性高,谐波抑制性好,数据传输率1K~128Kbps,采用GFSK调制方法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)无线安全报警(6)家用电器控制 (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在电压范围内工作,在1SEC周期性轮询唤醒省电模式(Polling mode)接收只消耗不到20uA,一节3.6V/3.6A锂亚电池可工作10年以上。

使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波是一种基于数据包的无线技术标准,技术标准,可实现固定设备、移动设备与建筑个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙技术联盟(SIG)管理,IEEE列出蓝牙技术IEEE 802.15.1.但这一标准已不再维持。蓝牙技术拥有一套专利网络,可分配给符合标准的设备。蓝牙利用跳频技术将传输的数据分成数据包,通过79个指定的蓝牙频道传输数据包。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。优质无线蓝牙耳机电池一般可使用2-3年,一般为几周。

是基于IEEE802.15.局域网通信协议,又称紫蜂协议,标准为低速、短距离、低功耗、双向无线通信技术。特点是近距离、复杂性低、自组织(自配置、自修复、自管理)、功耗低、数据速率低。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)物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准主要用于传感控制应用(Sensor and Control)。可工作在2.4GHz868MHz(欧洲 MHz(美国流行)三个频段最多250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s单点传输距离为10-75m的范围内, ZigBee它是一个无线数传网络平台,可以由65535个无线数传模块组成,在整个网络范围内,每一个ZigBee从标准75开始,网络数传模块可以相互通信m无限扩展距离。ZigBee 节点非常省电,电池可以工作6次 个月到2 年左右,休眠模式可达10年左右 年,下图是Zigbee组网图(来自网上):

丹麦公司Zensys基于射频、低成本、低功耗、高可靠性、适合网络的短距离无线通信技术,工作频率为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲),采用FSK(BFSK/GFSK)数据传输速率为9.6 kb~ 40kb/s,室内信号的有效覆盖范围为30m,室外可超过100m,适用于窄宽带应用。Z-Wave每一个都采用动态路由技术Z-Wave网络都有自己独立的网络地址(HomeID);网络中每个节点的地址(NodeID),由控制节点(Controller)分配。Z-Wave每一个都采用动态路由技术Z-Wave网络都有自己独立的网络地址(HomeID);网络中每个节点的地址(NodeID),由控制节点(Controller)分配。每个网络最多可容纳232个节点。(Slave),包括控制节点。Zensys提供Windows开发动态库(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遥控家电,还可以通过Internet网络对Z-Wave控制网络中的设备。

基于IPv6低速无线域网标准,即IPv6 over IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4标准设计用于开发紧凑型、低功率、廉价的嵌入式设备(如传感器),可靠电池运行1-5年。2.使用本标准.4GHz无线电收发器传输信息电收发器传输信息Wi-Fi相同,但其射频发射功率仅为Wi-Fi的1%。6LoWPAN各种低功率无线设备的出现可以添加IP家庭中,与Wi-Fi、以太网等类型的设备并网;IETF 6LoWPAN该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SEP2.0已经采用6LoWPAN技术,随着美国智能电网的部署,6LoWPAN全面替代将成为事实标准ZigBee标准。

采用线性调频扩频调制技术,即保持像FSK(频移键控制)调制相同的低功耗特性,显著增加通信距离,提高网络效率,消除干扰,即不同频率扩展序列的终端不会相互干扰,因此,在此基础上开发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)并行接收和处理多个节点的数据,大大扩大了系统容量。主要在全球免费频段(即非授权频段)运行,包括433、868和915 MHz等。主要在全球免费频段(即非授权频段)运行,包括433、868和915 MHz等。LoRa网络主要由终端(内置)组成LoRa由网关(或基站)、服务器和云组成,应用数据可双向传输,传输距离可达15至20公里。

随着移动无线通信技术的发展,移动终端直接进入互联网世界,随着通信费用的下降和3G/4G无线模块成本下降,由于3G/4G移动网络技术通信非常方便,越来越多的设备采用移动网络技术。

GPRS(General Packet Radio Service)它是通用分组无线服务技术的缩写,它是GSM移动电话用户可用的移动数据业务属于第二代移动通信中的数据传输技术G和3G两者之间的技术,又称2.5G,可说是GSM的延续。GPRS以封包(Packet)传输速率可提高到56~114Kbps。

第三代和第四代移动通信技术G是集3G与WLAN它能快速高质量地传输数据、图像、音频、视频等。4G可部署在有线网未覆盖的地方,可以使用100Mbps上述速度下载可以满足几乎所有用户对无线服务的要求,具有无与伦比的优势。4G移动网络结构可分为物理网络层、中间环境层和应用网络层三层。

NB-IoT(基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT))建在蜂窝网络上,只消耗180左右KHz可直接部署的带宽GSM网络、UMTS网络或LTE支持广域网蜂窝数据连接的功耗设备,又称低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池的使用寿命可以提高至少10年,并提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

随着互联网的发展,基本上所有的软件系统都是在互联网的基础上运行的。人们从互联网上获取各种数据,进行交流和工作。基本上,每个人都知道互联网。这里只做一个简单的描述。

基于IEEE 802.11标准无线局域网可视为短距离无线延伸。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。

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。

 

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