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2017/07/07 智聯(lián)信通 8719次瀏覽
? ? ? ?縱觀整個(gè)通訊史，從電話到大哥大到二哥大，再到GSM手機(jī)等等，技術(shù)界總是這樣：沒有最好的技術(shù)，只有更好的技術(shù)。這就像人類發(fā)展的歷史一樣，我們永遠(yuǎn)不知道明天會(huì)怎樣。
? ? ? ?技術(shù)行業(yè)沒有永遠(yuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有完美的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)下的一切都是由最終消費(fèi)者決定，由大家主流的需求和用戶體驗(yàn)而決定哪一種技術(shù)協(xié)議會(huì)成為當(dāng)下的主流應(yīng)用，即所謂的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
? ? ? ?下次再有朋友問(wèn)智能家居技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為啥不能統(tǒng)一、LPWAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為啥不能統(tǒng)一，你就反問(wèn)他這世界為啥不能統(tǒng)一呢？哈哈~
? ? ? ?言歸正傳，既然我們知道技術(shù)界無(wú)真正的所謂標(biāo)準(zhǔn)，就讓我們踏實(shí)地來(lái)研究一下各家各派的武功秘訣，看看是南拳北腿、太極還是跆拳道、空手道比較厲害。
? ? ? ?物聯(lián)網(wǎng)通訊方式的發(fā)展
? ? ? ?最早的物聯(lián)網(wǎng)只是簡(jiǎn)單把兩個(gè)設(shè)備用信號(hào)線連接在一起，也就是所謂的“物物相連”，多采用有線方式。
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后來(lái)使用了無(wú)線，也出現(xiàn)了簡(jiǎn)單的組網(wǎng)。
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? ? ? ?在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，越來(lái)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(guò)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(lái)越廣泛。
? ? ? ?隨著時(shí)代進(jìn)步和發(fā)展，社會(huì)逐步進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)+，各類傳感器采集數(shù)據(jù)越來(lái)越豐富，大數(shù)據(jù)應(yīng)用隨之而來(lái)，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(jì)算。
? ? ? ?簡(jiǎn)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(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)上步入成熟，并納入互聯(lián)網(wǎng)+整個(gè)大生態(tài)環(huán)境。
常見的物聯(lián)網(wǎng)通信方式
? ? ? ?對(duì)常用的物聯(lián)網(wǎng)通信方式進(jìn)行歸納總結(jié)，可分為四大種類，如圖：
? ? ? ?這四種網(wǎng)絡(luò)形式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)都有些局限性。
? ? ? ?1）有線傳輸：需要數(shù)據(jù)線路，使用不方便。
? ? ? ?2）近距離無(wú)線傳輸網(wǎng)： 有距離限制，無(wú)法遠(yuǎn)距離通信。
? ? ? ?3）傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)：需要接入主干網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備之間不能直接通信。
? ? ? ?4）移動(dòng)空中網(wǎng)：需要接入主干網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備之間不能直接通信，并且流量發(fā)生費(fèi)用。
? ? ? ?最理想的物聯(lián)網(wǎng)通訊形式是：物與物之間直連，拋除主干網(wǎng)絡(luò)，直接的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸。類似于無(wú)線電，在設(shè)備上安裝收發(fā)裝置，保證各設(shè)備的直接通信。不過(guò)這只是一個(gè)理想。
? ? ? ?有線傳輸
? ? ? ?設(shè)備之間用物理線直接相連，方式有電線載波或載頻、同軸線、開關(guān)量信號(hào)線、RS232串口、RS485、USB，其中常用的是RS232串口、RS485、USB。
? ? ? ?RS232串口：串行通信接口，是電腦與其它設(shè)備傳送信息的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，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。
??RS232串口
? ? ? ?RS-485總線：在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)或者有多設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求時(shí)，RS232無(wú)法滿足，因此誕生了RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。
RS-485典型接線圖
? ? ? ?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(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線，允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。?485總線由于其布線簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠從而廣泛的應(yīng)用于視頻監(jiān)控，門禁對(duì)講，樓宇報(bào)警等領(lǐng)域中。
? ? ? ?USB：通用串行總線，是一個(gè)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(gè)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(lái)，最多可以連接127個(gè)外部設(shè)備，并且不會(huì)損失帶寬。
? ? ? ?可連接鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤、移動(dòng)硬盤、ADSL Modem、手機(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(gè)人電腦、智能設(shè)備的必配接口之一。
? ? ? ?有線聯(lián)接的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在穩(wěn)定性、可靠性與傳輸速度上，但由于其采用了實(shí)體的聯(lián)接方式，便利性與實(shí)用性是其致命傷。
? ? ? ?隨著無(wú)線技術(shù)在穩(wěn)定性、可靠性與速度上的進(jìn)化，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，應(yīng)該說(shuō)留給有線聯(lián)接方式的發(fā)展空間已不大，當(dāng)然也不會(huì)消失。
? ? ? ?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(jiǎn)單描述。? ?
? ? ? ?以太網(wǎng)：是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和10G以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，IEEE802.3規(guī)定了包括物理層的連線、電信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。
? ? ? ?WIFI：基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)，可以看作是有線局域網(wǎng)的短距離無(wú)線延伸。組建WIFI只需要一個(gè)無(wú)線AP或是無(wú)線路由器就可以，成本較低。??
? ? ? ?移動(dòng)空中網(wǎng)
? ? ? ?移動(dòng)無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，移動(dòng)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(wú)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(lái)越多的設(shè)備采用移動(dòng)網(wǎng)技術(shù)。
? ? ? ?3G/4G:?第三和第四代移動(dòng)通信技術(shù)，而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(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求，具有不可比擬的優(yōu)越性。
? ? ? ?5G目前還處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究階段，今后幾年4G還將保持主導(dǎo)地位、實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速發(fā)展。預(yù)計(jì)要到2020年才能正式商用。
? ? ? ?NB-IoT、eMTC等專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)的LPWAN技術(shù)就不再累贅了。
? ? ? ?近距離無(wú)線傳輸
? ? ? ?設(shè)備之間用無(wú)線信號(hào)傳輸信息。主要有無(wú)線RF、藍(lán)牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan。
? ? ? ?RF（射頻）：它包括315M/433M等，是非常成熟的一種近距離、復(fù)雜程度低、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、成本低的無(wú)線通訊技術(shù)。
? ? ? ?這些無(wú)線射頻技術(shù)被廣泛運(yùn)用在遙控與門鈴，我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|到的搖控器除了紅外的就是射頻的了，另外在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣。不過(guò)由于它是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，組網(wǎng)不太靈活，另外它的傳輸速度相對(duì)比較慢也是其一個(gè)很大的缺點(diǎn)。
? ? ? ?藍(lán)牙（Bluetooth）
? ? ? ?藍(lán)牙技術(shù)最初由愛立信于1994年創(chuàng)制，當(dāng)時(shí)是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案。
? ? ? ?使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無(wú)線電波、基于數(shù)據(jù)包、有著主從架構(gòu)的一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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)。
? ? ? ?截止目前為止已經(jīng)更新了10個(gè)版本，我們常用的版本是藍(lán)牙4.0-4.2，最新的版本號(hào)是藍(lán)牙5，各項(xiàng)指標(biāo)也在不斷演進(jìn)。
? ? ? ?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(guò)79個(gè)指定的藍(lán)牙頻道分別傳輸數(shù)據(jù)包。質(zhì)量好的無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)電池可以使用時(shí)間一般是2-3年，通常是數(shù)周。
? ? ? ?Zigbee
? ? ? ?是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的雙向無(wú)線通信技術(shù)的局域網(wǎng)通信協(xié)議，又稱紫蜂協(xié)議，蜜蜂 ?(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。
? ? ? ?Zigbee被正式提出來(lái)是在2003年，它的出現(xiàn)是為了彌補(bǔ)藍(lán)牙通信協(xié)議的高復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等缺陷。
? ? ? ?可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國(guó)流行)3個(gè)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采用自組網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，可從標(biāo)準(zhǔn)的75m距離進(jìn)行無(wú)限擴(kuò)展。ZigBee 節(jié)點(diǎn)非常省電，其電池工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)6 個(gè)月到2 年左右，在休眠模式下可達(dá)10 年。
? ? ? ?Z-Wave
? ? ? ?是由丹麥公司Zensys所一手主導(dǎo)的短距離無(wú)線通信技術(shù)，在最初設(shè)計(jì)時(shí)，就定位于智能家居無(wú)線控制領(lǐng)域。
? ? ? ?采用小數(shù)據(jù)格式傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100kbit / s，信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄寬帶應(yīng)用場(chǎng)合。它支持全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，不需要協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，可以控制多達(dá)232個(gè)設(shè)備。
? ? ? ?不過(guò)，其芯片制造商只有唯一一個(gè)——Sigma Designs，Z-Wave在中國(guó)的影響也遠(yuǎn)沒有ZigBee大。
? ? ? ?IPv6?/ 6Lowpan
? ? ? ?基于IPv6的低速無(wú)線個(gè)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(jì)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(jià)嵌入式設(shè)備(如傳感器)。
? ? ? ?IETF 6LoWPAN技術(shù)具有無(wú)線低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，其射頻發(fā)射功率大約只有同頻帶Wi-Fi的1%。6LoWPAN的出現(xiàn)使各類低功率無(wú)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)。
? ? ? ?NFC
? ? ? ?又稱近距離無(wú)線通信，允許設(shè)備之間進(jìn)行短距離（10cm內(nèi)）非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸交換數(shù)據(jù)。最初由免接觸式射頻識(shí)別（RFID）演變而來(lái)，并向下兼容RFID。
? ? ? ?這是一種新興的技術(shù)，使用了具備NFC技術(shù)的設(shè)備在彼此靠近的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)在單一芯片上集成感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的功能，利用移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付、電子票務(wù)、門禁、移動(dòng)身份識(shí)別、防偽等應(yīng)用。
? ? ? ?最后上一張表，歸結(jié)了各主流無(wú)線技術(shù)的特點(diǎn)：
? ? ? ?是不是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題啦？數(shù)據(jù)有所出入？如果是，那可以獎(jiǎng)勵(lì)自己一個(gè)雞腿了，這是一張老圖。但重點(diǎn)不在這，技術(shù)日新月異，通過(guò)上圖我們發(fā)現(xiàn)新興技術(shù)ZigBee跟Z-Wave都支持自組網(wǎng)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
? ? ? ?ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要來(lái)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
? ? ? ?Zigbee的三種組網(wǎng)方式
? ? ? ?星狀型組網(wǎng)
? ? ? ?星型結(jié)構(gòu)就像星星那樣子，是發(fā)散的。多個(gè)設(shè)備與一個(gè)主機(jī)相連，并且不構(gòu)成閉合線路。
? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、故障診斷和隔離容易、方便服務(wù)。
? ? ? ?缺點(diǎn)：中央節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)較重，形成瓶頸、各站點(diǎn)的分布處理能力較低。
? ? ? ?總的來(lái)說(shuō)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于管理，是目前普遍采用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。?
樹狀型組網(wǎng)
? ? ? ?樹型結(jié)構(gòu)像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個(gè)分支還可再帶子分支。
? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)充，故障隔離較容易。
? ? ? ?缺點(diǎn)：各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)根的依賴性太大。
? ? ? ?葉節(jié)點(diǎn)及其相連的線路外，任一節(jié)點(diǎn)或其相連的線路故障都會(huì)使系統(tǒng)受到影響。
網(wǎng)狀型組網(wǎng)
? ? ? ?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又稱作無(wú)規(guī)則結(jié)點(diǎn)之間的連接，是任意的、沒規(guī)律的。
? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)可靠性高。
? ? ? ?缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用路由選擇算法與流量控制算法，
? ? ? ?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是多通道通信，具備自組織、自愈功能。一旦某一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了問(wèn)題，信息可以自動(dòng)的沿著其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。
? ? ? ?就像城市的街道一樣，可能因?yàn)檐嚨?，道路維修等，使得某條道路暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車輛仍然可以通過(guò)其他道路到達(dá)目的地。而這一點(diǎn)對(duì)實(shí)際應(yīng)用非常重要。
? ? ? ?目前使用的遠(yuǎn)程拓樸結(jié)構(gòu)均采用了網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)型。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是在路由器之間彈跳的，它可以將信號(hào)覆蓋到家中的每一個(gè)角落。如果規(guī)模很大，像智慧城市一樣，就要無(wú)數(shù)的路由器，顯然這并不實(shí)惠。
? ? ? ?目前，在國(guó)內(nèi)智能家居領(lǐng)域里，Zigbee、WiFi、藍(lán)牙是最流行的三種無(wú)線通信技術(shù)。其中藍(lán)牙一個(gè)主設(shè)備只能連接7個(gè)從設(shè)備，明顯不夠用，遭人詬病。WiFi和ZigBee憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)喧囂甚上，大有取代藍(lán)牙的勢(shì)頭。
三者技術(shù)對(duì)比圖（舊）
? ? ? ?然而事情卻出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，就在7月19日, 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟正式宣布，藍(lán)牙技術(shù)開始全面支持Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。全新的Mesh功能提供“多對(duì)多”設(shè)備傳輸，并特別提高構(gòu)建大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋的通信效能。
藍(lán)牙Mesh工業(yè)解決方案
? ? ? ?藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟執(zhí)行總裁Mark Powell表示：
? ? ? ?“Mesh網(wǎng)絡(luò)功能的支持，象征著藍(lán)牙成員一直以來(lái)致力于推進(jìn)新興市場(chǎng)繁榮發(fā)展的悠久傳統(tǒng)。就像當(dāng)年引入低功耗藍(lán)牙技術(shù)，為連接設(shè)備市場(chǎng)帶來(lái)高速增長(zhǎng)一樣。
? ? ? ?我們相信，藍(lán)牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將扮演新興市場(chǎng)的重要推手，極大程度地幫助樓宇自動(dòng)化、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等市場(chǎng)取得更快速的增長(zhǎng)?！?/p>
藍(lán)牙Mesh樓宇解決方案
? ? ? ?結(jié)語(yǔ)
? ? ? ?現(xiàn)在來(lái)看，智能家居三大技術(shù)中，風(fēng)頭最盛的WiFi處境反而變得尷尬起來(lái)。Zigbee是因彌補(bǔ)藍(lán)牙缺陷而生，而現(xiàn)在藍(lán)牙開始自我完善了……
? ? ? ?不過(guò)回到開頭所說(shuō)：沒有最好的技術(shù)，只有更好的技術(shù)。技術(shù)永無(wú)止境，誰(shuí)說(shuō)WiFi、Zigbee等技術(shù)就一定止步不前了呢？
? ? ? ?（信息來(lái)源：微信公眾號(hào)“全球物聯(lián)網(wǎng)觀察”）
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