有線連接和無線連接

連接方式可以分成有線連接和無線連接拗小，我們這里講的連接，其目的都是要進行通信樱哼，因此也就分別使用有線通信技術(shù)和無線通信技術(shù)哀九。

有線通信，是指利用金屬導(dǎo)線搅幅、光纖等有形媒質(zhì)傳送信息的技術(shù)阅束。有線通訊已經(jīng)非常普及，在自己家里墻壁上找找茄唐，就不難找到電話口息裸，網(wǎng)口，有線電視口沪编。

無線通信是利用電磁波信號在空間中直接傳播而進行信息交換的通信技術(shù)呼盆，進行通信的兩端之間無需有形的媒介連接。常見的無線通信方式有有蜂窩（手機）無線連接蚁廓，wifi連接访圃，還有一些倍感神秘的方式，如可見光通信和量子通信方式等等相嵌。

一般來講腿时，有線連接可靠性高，穩(wěn)定性高饭宾，缺點是連接受限于傳輸媒介圈匆。無線連接自由靈活，終端可以移動沒有空間限制捏雌，但是可靠性受傳輸空間里的其他電磁波跃赚，以及對電磁波有影響的其他障礙物的影響很大，因此可靠性較低性湿。

短距離通信和長距離通信

有很多的場合人和物只需要跟附近的通信終端通信纬傲，例如在家里，辦公室肤频，工廠等等叹括。但是也存在長距離的應(yīng)用場景，例如兩個城市之間的網(wǎng)絡(luò)要連接起來宵荒，在高速上的車輛或乘客汁雷，甚至是海洋上的漁船净嘀。通常我們把通信距離在100m以內(nèi)的通信稱之為短距離通信，而通信距離超過1000m的稱之為長距離通信侠讯。

現(xiàn)實中有很多種通信技術(shù)可以滿足各種不同的通信需求挖藏，但是還沒有哪一種通信技術(shù)可以滿足所有的通信需求，如果還考慮成本厢漩，功耗膜眠，效率等因素的話。把數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁h的距離以及傳輸更多的數(shù)據(jù)常常意味著更高的能耗和更高的成本溜嗜。因而短距離通信和長距離通信在技術(shù)實現(xiàn)宵膨，功耗，成本等各個方面均不同炸宵，是將物連接進網(wǎng)絡(luò)時候需要考慮的因素之一辟躏。

通信技術(shù)和通信協(xié)議

通信技術(shù)主要是強調(diào)信息從信源到目的地的傳輸過程所使用的技術(shù)，還有一個問題是各種通信技術(shù)之間如何能協(xié)同工作呢土全？為此捎琐，國際標準化組織提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI，也就是網(wǎng)絡(luò)分成了物理層涯曲、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層在塔、傳輸層幻件、會話層、表示層和應(yīng)用層蛔溃。也就是這個偉大的標準最終形成了互聯(lián)網(wǎng)绰沥，以及無所不連的物聯(lián)網(wǎng)。

在上述各層之間進行數(shù)據(jù)交換的規(guī)則和約定就是通信協(xié)議贺待。遵守OSI標準的通信協(xié)議能夠做到上層協(xié)議與下層協(xié)議的實現(xiàn)無關(guān)徽曲，因此能最大限度的復(fù)用下層協(xié)議。

本文提到的通信技術(shù)在通信硬件上就有不同的特性麸塞，以支持有線/無線秃臣，長距/短劇，節(jié)能/高速等特性哪工。但同時也使得其在物理層向上的若干層都需要使用自己的通信協(xié)議奥此。所以通信技術(shù)的名稱也往往是一些通信協(xié)議的名稱，并且通信技術(shù)和通信協(xié)議的含義也廣為混淆雁比。如下圖所示：

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1.有線通信：以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（Ethernet）是一種局域網(wǎng)通信技術(shù)稚虎， IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標準，它規(guī)定了包括物理層的連線偎捎、電子信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容蠢终。 以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介序攘，在沒有中繼的情況下，最遠可以覆蓋200米的范圍寻拂。最普及的以太網(wǎng)類型數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s程奠，更新的標準則支持1KMb/s和10KMb/s的速率。

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2.有線通信：串口通信技術(shù)

串口（Serial port）是一種非常通用的用于設(shè)備之間通信的接口兜喻，也廣泛用于設(shè)備以及儀器儀表之間的通信梦染。常見的串口有RS-232（使用 25 針或 9 針連接器）和工業(yè)電腦應(yīng)用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。詳細信息請參考這里朴皆。

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優(yōu)點
串口通信的最大有點就是普及率高碱呼，串口至今PC電腦還是標配，通常為了方便連接打印機宗侦，大部分的工業(yè)設(shè)備都有串口愚臀，那些沒有串口的設(shè)備，在其開發(fā)時矾利，常見方法也是通過串口連接到進行開發(fā)的電腦上的姑裂，因此串口是設(shè)備進行通信的最簡單最容易的方法。

另外值得一提的是男旗，如果不考慮連接串口的線纜舶斧，串口通信的成本非常低。

缺點
串口通信的組網(wǎng)能力差察皇，雖然通常情況比無線穩(wěn)定茴厉，但是在工業(yè)環(huán)境中，也容易受到線纜所處環(huán)境的電磁影響出現(xiàn)通信不穩(wěn)定什荣，甚至串口燒壞的情況呀忧。串口的通信速度以太網(wǎng)比起來還是有很大差距，一般來講溃睹，只適合低速率和小數(shù)據(jù)量的通信而账。

3. 有線通信：Modbus

同前面幾種通信技術(shù)不一樣，通常認為Modbus只是使用串行方式進行通信的應(yīng)用層協(xié)議標準因篇，它并不包含電氣方面的規(guī)范泞辐。Modbus最初是Modicon于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表的笔横，后來衍生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三種模式咐吼，前兩種所用的物理接口是上面介紹的串口吹缔，后一種使用Ethernet接口。

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隨著PLC在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用锯茄，Modbus也成為工業(yè)領(lǐng)域最受歡迎的通信協(xié)議厢塘，它采用主/從（Master/Slave）方式通信，即一對多的方式連接肌幽，一個主控制器最多可以支持247個從屬控制器晚碾。

優(yōu)點
Modbus的主要優(yōu)點有：

• 標準化、開放喂急，免費使用格嘁，無許可證費，無需知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)廊移。
• 支持多種電氣接口糕簿，如串口和Ethernet接口等，支持多種傳輸介質(zhì)狡孔，如雙絞線懂诗、光纖、無線等苗膝。
• Modbus協(xié)議的幀格式簡單殃恒、緊湊，通俗易懂荚醒。易開發(fā)芋类，易用隆嗅。

缺點
Modbus主要存在以下問題：

• 組網(wǎng)能力差界阁，只有主從方式通信
• 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有限，從屬控制器數(shù)量限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模
• 安全性差胖喳，無認證泡躯、無權(quán)限管理，明文傳輸使得它在非受控環(huán)境下是非常有風(fēng)險的

4.無線短距通信：Wi-Fi

Wi-Fi是一種無線局域網(wǎng)通信技術(shù)丽焊，全稱Wireless-Fidelity较剃，無線保真，IEEE組織的IEEE 802.11標準制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標準技健。Wi-Fi終端指使用高頻無線電信號發(fā)送和接收數(shù)據(jù)写穴，使用以太網(wǎng)通信協(xié)議，通信距離通常在幾十米雌贱。
Wi-Fi聯(lián)盟成立于1999年啊送，當(dāng)時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA）偿短。在2002年10月，正式改名為Wi-Fi Alliance馋没。Wi-Fi聯(lián)盟致力解決匹配802.11標準的產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備兼容性問題昔逗，并且擁有Wi-Fi這個品牌。

2016年WiFi聯(lián)盟最新公布的802.11ah WiFi標準—WiFi HaLow篷朵，使得WiFi可以被運用到更多地方如：小尺寸勾怒、電池供電的可穿戴設(shè)備同時也適用于工業(yè)設(shè)施內(nèi)的部署，以及介于兩者之間的應(yīng)用声旺。HaLow采用900MHz頻段笔链，低于當(dāng)前WiFi的2.4GHz和5GHz頻段。更低功耗艾少，同時HaLow的覆蓋范圍可以達到1公里卡乾，信號更強，且不容易被干擾缚够。這些特點使得WiFi更加順應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展幔妨。

優(yōu)點
Wi-Fi的優(yōu)點是局域網(wǎng)部署無需使用電線，降低部署和擴充的成本谍椅。由于Wi-Fi模塊的價位持續(xù)下跌误堡，使得它已成為企業(yè)和家庭的普遍的基礎(chǔ)設(shè)施。另外雏吭，根據(jù)Wi-Fi聯(lián)盟指定锁施，“Wi-Fi認證”是向后兼容的。它指定一套全球統(tǒng)一標準：不同于移動電話杖们，任何Wi-Fi標準設(shè)備將在世界上任何地方正確運行悉抵。

缺點
Wi-Fi的缺點是通信距離有限，穩(wěn)定性差摘完，功耗較大姥饰，組網(wǎng)能力差，其安全性也遭到不少人的批評孝治。通常WiFi技術(shù)使用2.4GHz和5GHz周圍頻段列粪，但在全球各地的頻率分配和操作限制也不完全相同，造成一些混亂現(xiàn)象谈飒。

5.無線短距通信：藍牙

藍牙（BlueTooth）是一種設(shè)備之間進行無線通信的技術(shù)岂座，曾經(jīng)標準化為IEEE 802.15.1，現(xiàn)在藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）來負責(zé)維護其技術(shù)標準杭措，藍牙標準最新版本藍牙5在2016年6月被宣布费什。藍牙使用短波特高頻（UHF）無線電波，經(jīng)由2.4至2.485GHz的ISM頻段來進行通信手素，通信距離從幾米到幾百米不等鸳址。

優(yōu)點
2010年推出的藍牙4.0赘那，2013年推出的藍牙4.1，以及2014年推出的藍牙4.2為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展推出很多優(yōu)秀的特性：

• 提出了“低功耗藍牙”氯质、“傳統(tǒng)藍牙”和“高速藍牙”三種模式
• “低功耗藍牙”模式下實現(xiàn)了低功耗募舟，覆蓋范圍增強，最大范圍可超過100米
• 支持復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)：針對一對一連接最優(yōu)化闻察，并支持星形拓撲的一對多連接等
• 智能連接：增加設(shè)置設(shè)備間連接頻率的支持
• 提高安全性：使用AES-128 CCM加密算法進行數(shù)據(jù)包加密和認證
• Ipv6網(wǎng)絡(luò)支持
• Bultooth Smart技術(shù)的藍牙設(shè)備之間可以直接“對話”

等等拱礁。

缺點
藍牙的缺點主要是其各個版本不兼容，安全性差（4.0以后得到改進）辕漂，組網(wǎng)能力差呢灶，以及在2.4GHz頻率上的電波干擾問題等等。

6.無線短距通信：ZigBee

Wi-Fi是一種低速低功耗钉嘹，短距鸯乃，自組網(wǎng)的無線局域網(wǎng)通信技術(shù)，于2003年被正式提出跋涣，為了彌補藍牙通信協(xié)議的高復(fù)雜缨睡，功耗大，距離近陈辱，組網(wǎng)規(guī)模太小等缺陷奖年。名稱取自于蜜蜂，蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息沛贪，依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)陋守。

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ZigBee被標準化為IEEE 802.15.4，工作頻段有三個：868MHz-868.6MHz利赋、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz水评，其中最后一個頻段世界范圍內(nèi)通用，16個信道媚送，并且該頻段為免付費中燥、免申請的無線電頻段。三個頻段傳輸速率分別為20kbps季希，40kbps以及250kbps褪那。

優(yōu)點
ZigBee以其低功耗幽纷、低成本式塌，低速率、高容量友浸、支持Mash網(wǎng)絡(luò)峰尝、支持大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及有較高安全等優(yōu)點一度被認為的物聯(lián)網(wǎng)最有前景的通信技術(shù)。

缺點
如今收恢，實際中ZigBee遠沒有像Wi-Fi或者藍牙那樣得到廣泛的應(yīng)用武学，這是由于它復(fù)雜祭往，成本高，抗干擾性差火窒，ZigBee協(xié)議沒有開源硼补，以及和IP協(xié)議不的對接比較復(fù)雜等等又限制了它在實際中的應(yīng)用。

7.無線短距通信：LoRa

LoRa來源于Long Range這個單詞熏矿，是一種長距離通信的通信技術(shù)已骇。LoRa技術(shù)基于線性Chirp擴頻調(diào)制，延續(xù)了移頻鍵控調(diào)制的低功耗特性票编，但是大大增加了通信范圍褪储。 Chirp擴頻調(diào)制有長距離傳輸以及很好的抗干擾性，已經(jīng)在軍事和航天通信方面應(yīng)用多年慧域。極端情況下鲤竹，LoRa的單個網(wǎng)關(guān)或者基站可以覆蓋整個城市或者幾十公里。技術(shù)方面的介紹可以參考官網(wǎng)：http://www.lora-alliance.org/What-Is-LoRa/Technology

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LoRa聯(lián)盟
LoRa聯(lián)盟由IBM發(fā)起并主導(dǎo)昔榴，見官網(wǎng)：http://www.lora-alliance.org/辛藻，LoRa聯(lián)盟里比較大一點的公司有Cisco, IBM, Semtech等等，更多的LoRa聯(lián)盟成員互订，請看下面這個鏈接：
http://www.lora-alliance.org/The-Alliance/Member-List

LoRa的應(yīng)用場景
LoRa技術(shù)應(yīng)用典型場景包括：超長電池壽命（幾年）揩尸，節(jié)點之間長距離通信，低速率（如每小時只要傳遞幾次數(shù)據(jù)）屁奏。和NB-IoT技術(shù)一樣岩榆，也可以犧牲低功耗指標來提高速率。

8.NB-ioT

對于物聯(lián)網(wǎng)標準的發(fā)展坟瓢，華為的推進最早勇边。2014年5月，華為提出了窄帶技術(shù)NB M2M折联；2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIoT粒褒；7月份，NB-LTE跟NB-CIoT進一步融合形成NB-IoT诚镰；預(yù)計NB-IoT標準會在3GPP R13出現(xiàn)奕坟，并于2016年6月份凍結(jié)。 ^[3]

此前清笨，相對于愛立信月杉、諾基亞和英特爾推動的NB-LTE，華為更注重構(gòu)建NB-CIoT的生態(tài)系統(tǒng)抠艾，包括高通苛萎、沃達豐、德國電信、中國移動腌歉、中國聯(lián)通蛙酪、Bell等主流運營商、芯片商及設(shè)備系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游均加入了該陣營翘盖。
NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場桂塞，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。具有覆蓋廣馍驯、連接多藐俺、速率快、成本低泥彤、功耗低欲芹、架構(gòu)優(yōu)等特點。NB-IoT使用License頻段吟吝，可采取帶內(nèi)菱父、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存剑逃。

NB-IoT端到端系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

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9.無線遠距通信GPRS

GPRS是通用分組無線電服務(wù)（General Packet Radio Service）的縮寫浙宜，GPRS是終端和通信基站之間的一種遠程通信技術(shù)。

無線電服務(wù)最早采用模擬通信技術(shù)蛹磺，被成為第一代移動通信技術(shù)粟瞬，后來采用數(shù)字通信技術(shù)，稱為第二代移動通信技術(shù)萤捆，其中全球移動通訊系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications）裙品，即GSM的應(yīng)用最廣泛最為成功。GSM主要是為了傳輸話音設(shè)計的俗或，話音在傳輸時市怎，獨占一個頻道。

GPRS可說是GSM的延續(xù)辛慰，它以封包方式來傳輸數(shù)據(jù)区匠，不獨占頻道，因此可以較好利用GSM上空閑的頻道資源帅腌。GPRS的傳輸速率可達到56~114Kbps驰弄。用戶使用該項數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以連接到電信運營商的通信基站速客，進而連接到互聯(lián)網(wǎng)戚篙，獲取互聯(lián)網(wǎng)信息。GPRS由歐洲電信標準委員會（ETSI）推出挽封，后來移交給第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project）即3GPP負責(zé)已球。

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優(yōu)點
由于GSM的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋范圍很廣，實際上可以使用GPRS業(yè)務(wù)的地域也很廣辅愿，這是GPRS技術(shù)的主要優(yōu)點智亮。
其次，GPRS終端可以在信號覆蓋范圍內(nèi)自由地漫游点待，開發(fā)商無需在開發(fā)任何其他通信設(shè)備（由運營商負責(zé)）阔蛉，用戶使用方便。
最后癞埠，由于移動通信終端的普及状原，其成本已經(jīng)大大降低，因此在物聯(lián)網(wǎng)中采用GPRS通信技術(shù)苗踪，其硬件成本相比Wi-Fi或者ZigBee都有較大的優(yōu)勢颠区。

缺點
GPRS終端在通信時要使用電信運營商的基礎(chǔ)設(shè)施，因此需要繳納一定的費用通铲，即數(shù)據(jù)流量費毕莱，這個服務(wù)費用限制了大量設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。
GPRS的速率較低颅夺，是另外一個問題朋截。
GPRS通信質(zhì)量受信號強弱影響較大，無信號覆蓋或者較弱的地方通信效果很差吧黄，可能影響業(yè)務(wù)的完成部服。

10.無線近距通信：NFC

NFC，Near-field communication拗慨，中文常翻譯為近場通信廓八。NFC是一種短距高頻的無線電技術(shù)，屬于RFID技術(shù)的一種赵抢，工作頻率在13.56MHz瘫想，有效工作距離在20cm以內(nèi)。其傳輸速度有106Kb/s昌讲、212Kb/s或者424Kb/s三種国夜。通過卡、讀卡器以及點對點三種業(yè)務(wù)模式進行數(shù)據(jù)讀取與交換短绸。

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NFC最早是于2002年由飛利浦半導(dǎo)體车吹、諾基亞和索尼共同研發(fā)。2004年醋闭，NFC論壇成立窄驹，致力于近場通信技術(shù)的標準化和推廣。

優(yōu)點

• NFC通信距離非常短证逻，但因此通信保密性好乐埠。
• NFC卡無功耗，讀卡器功耗也較低，可以適用于很多無功耗丈咐，或者低功耗的應(yīng)用場景中瑞眼。
• NFC方案的成本較低，尤其是NFC卡成本非常低棵逊，特別適合覆蓋大量非智能物體伤疙。

NFC通信技術(shù)目前在移動支付和消費類電子等方面有廣泛的應(yīng)用。例如很多手機都已經(jīng)支持NFC應(yīng)用辆影，公交卡這類的小額支付系統(tǒng)都是使用的NFC技術(shù)徒像。

缺點
NFC沒有其他無線通信那種無線信號被竊聽的風(fēng)險，但是其NFC卡過于簡單以及被動式響應(yīng)的設(shè)計也是不安全的因素蛙讥。見到報道的風(fēng)險例如：即NFC銀行卡內(nèi)的交易信息锯蛀，很容易被其他讀卡器，甚至智能手機讀取次慢。

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