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[導(dǎo)讀]關(guān)注星標(biāo)公眾號,不錯過精彩內(nèi)容素材來源?|網(wǎng)絡(luò)編排|strongerHuang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),后期更多的使用無線方式。隨著時代進(jìn)...


素材來源 | 網(wǎng)絡(luò)


編排 | strongerHuang



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),后期更多的使用無線方式。
隨著時代進(jìn)步和發(fā)展,社會逐步進(jìn)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(jìn)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(shí)上步入成熟,并納入互聯(lián)網(wǎng) 整個大生態(tài)環(huán)境。
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:






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(jìn)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等。
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(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”,是電腦與其它設(shè)備傳送信息的一種標(biāo)準(zhǔn)接口;該標(biāo)準(zhǔn)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,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1~2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(biāo)準(zhǔn)。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(fù),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(diǎn)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臺接收器。
USB:通用串行總線,是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn),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(dú)立供電等優(yōu)點(diǎn)。USB用一個4針(USB3.0標(biāo)準(zhǔn)為9針)插頭作為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)、打印機(jī)、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(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)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信息。主要有無線RF433/315M、藍(lán)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1K~128Kbps,采用GFSK的調(diào)制方式具有超強(qiáng)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 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(lán)牙(Bluetooth):使用2.4—2.485GHz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(biāo)準(zhǔn),可實(shí)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(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)管理,IEEE將藍(lán)牙技術(shù)列為IEEE 802.15.1,但如今已不再維持該標(biāo)準(zhǔn),藍(lán)牙技術(shù)擁有一套專利網(wǎng)絡(luò),可發(fā)放給符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。藍(lán)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(lán)牙頻道分別傳輸數(shù)據(jù)包。每個頻道的頻寬為1 MHz。藍(lán)牙4.0使用2 MHz 間距,可容納40個頻道。質(zhì)量好的無線藍(lán)牙耳機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織(自配置、自修復(fù)、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(biāo)準(zhǔn)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,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,單點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)的75m距離進(jìn)行無限擴(kuò)展。ZigBee 節(jié)點(diǎn)非常省電,其電池工作時間可以長達(dá)6 個月到2 年左右,在休眠模式下可達(dá)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(dǎo)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)~868.42MHz(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(dú)立的網(wǎng)絡(luò)地址(HomeID);網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個節(jié)點(diǎn)的地址(NodeID),由控制節(jié)點(diǎn)(Controller)分配。每個網(wǎng)絡(luò)最多容納232個節(jié)點(diǎn)(Slave),包括控制節(jié)點(diǎn)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(jìn)行PC軟件設(shè)計。通過Z-Wave技術(shù)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò),不僅可以通過本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)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(jìn)行控制。
IPv6/6Lowpan:基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),即IPv6 over IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計用于開發(fā)可以靠電池運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)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)具有無線低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),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(biāo)準(zhǔn)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(shí)標(biāo)準(zhǔn),全面替代ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。
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(kuò)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(kuò)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)能夠并行接收并處理多個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)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(dá)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(yùn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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,成本較低。
以太網(wǎng):包括標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)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56~114Kbps。
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)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。
NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT))構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò),只消耗大約180KHz的帶寬,可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò),支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接,也被叫作低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)。NB-IoT支持待機(jī)時間長、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。據(jù)說NB-IoT設(shè)備電池壽命可以提高至至少10年,同時還能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋。
直接來源:


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