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本文分享華為云社區(qū)《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)之有線通信技術(shù)那些你不知道的事》，原文作者：愛吃面包的貓。

網(wǎng)絡(luò)層的通信技術(shù)相當(dāng)于是感知層和平臺層連接的媒介。通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，如果把物聯(lián)網(wǎng)比作是物流系統(tǒng)，那么通信技術(shù)就相當(dāng)于是送快遞的各種運輸方式，比如空運、水運還有陸運等。在通信技術(shù)當(dāng)中，大體上它可以分為兩大類，一類是無線通信技術(shù)，另一類是有線通信技術(shù)。首先，我們先來看有線通信技術(shù)有哪幾種類型，它們區(qū)別在哪里呢？

以太網(wǎng)

以太網(wǎng)（ETH）簡單來說就是用戶使用的網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)是當(dāng)前TCP/IP主要的局域網(wǎng)技術(shù)，也是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，以太網(wǎng)除了在辦公場景當(dāng)中有線接入當(dāng)中會被使用到之外，主要是在工業(yè)上應(yīng)用的比較多，因為以太網(wǎng)的成本低，又是IEEE的通用標準，所以就改良成了工業(yè)以太網(wǎng)。

以太網(wǎng)的核心技術(shù)是采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）通信控制機制。CSMA協(xié)議要求站點在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先監(jiān)聽信道。如果信道空閑，站點就可以發(fā)送數(shù)據(jù)；如果信道忙，則站點不能發(fā)送數(shù)據(jù)。但是，如果兩個站點都檢測到信道是空閑的，并且同時開始傳送數(shù)據(jù)，那么這幾乎會立即導(dǎo)致沖突。另外，站點在監(jiān)聽信道時，聽到信道是空閑的，但這并不意味著信道真的空閑，因為其他站點的數(shù)據(jù)此時可能正在信道上傳送，但由于傳播時延，信號還沒有到達正在監(jiān)聽的站點，從而引起對信道狀態(tài)的錯誤判斷。在早期的CSMA傳輸方式中，由于信道傳播時延的存在，即使通信雙方的站點，都沒有偵聽到載波信號，在發(fā)送數(shù)據(jù)時仍可能會發(fā)生沖突。因為它們可能會在檢測到介質(zhì)空閑時，同時發(fā)送數(shù)據(jù)，致使沖突發(fā)生。

盡管CSMA可以發(fā)現(xiàn)沖突，但它并沒有先知的沖突檢測和阻止功能，致使沖突發(fā)生頻繁。所以，可以對CSMA協(xié)議作進一步的改進，使發(fā)送站點在傳輸過程中仍繼續(xù)偵聽介質(zhì)，以檢測是否存在沖突。如果兩個站點都在某一時間檢測到信道是空閑的，并且同時開始傳送數(shù)據(jù)，則它們幾乎立刻就會檢測到有沖突發(fā)生。如果發(fā)生沖突，信道上可以檢測到超過發(fā)送站點本身發(fā)送的載波信號幅度的電磁波，由此判斷出沖突的存在。一旦檢測到?jīng)_突，發(fā)送站點就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，用以通知總線上通信的對方站點，快速地終止被破壞的幀，可以節(jié)省時間和帶寬要求站點在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中進行沖突檢測，而一旦檢測到?jīng)_突立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣的協(xié)議被稱為帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議。

RS-232與RS-485

學(xué)習(xí)過嵌入式開發(fā)的讀者可能會比較了解RS232，圖4-1即為RS-232的接口示意圖，很多讀者都會覺得對其似曾相識，這是因為在臺式電腦的后面就有這樣的接口。RS232的特點就在于它主要是支持一對一的通信并且通信的距離是比較短的，只能是不超過20米。RS485就相當(dāng)于是RS232的一個改良版，到了RS485，它就支持一對多的傳輸了，總線上最多允許128個收發(fā)器。同時傳輸速率和通訊距離也得到了極大地提升。

RS-232與RS-485的對比

表4-1即為RS-232與RS-485的區(qū)別，簡單來講，兩者之間的區(qū)別在于三點：第一點在于傳輸方式不同，RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊.而RS-485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式。第二點在于傳輸距離不同，RS-232適合本地設(shè)備之間的通信，傳輸距離一般不超過20m。而RS-485的傳輸距離為幾十米到上千米。第三點在于通信數(shù)量不同，RS232只允許一對一通信，而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。

通信串口總線

在串口通信當(dāng)中，除了RS232和RS485之外。還有USB，USB又叫通用串行總線，是連接計算機和其他外部設(shè)備的串口總線標準。在USB接口出現(xiàn)之前，電腦的接口處于春秋戰(zhàn)國時代，串口并口等多方割據(jù)，像鍵盤、鼠標、Modem、打印機、掃描儀等都要連接到不同的接口上，一個接口只能連接一個設(shè)備，不過電腦不可能支持那么多的接口，所以擴展能力不足，而且速度有限。USB正是為了解決速度、擴展能力、易用性應(yīng)景而生的。

正是由于它在生活當(dāng)中非常常見，所以物聯(lián)網(wǎng)這項與生活相接軌的技術(shù)也同樣會廣泛使用USB來進行數(shù)據(jù)傳輸。其中需要著重注意的一點是，USB根據(jù)接口又被分為不同的類型，其中比較常見的就是圖4-2中的四種，Type-A，Type-B，Micro-B和Type-C。

M-Bus技術(shù)

M-Bus，也叫做MeterBus。它是一種專門應(yīng)用于遠程抄表業(yè)務(wù)的總線，比如說在電表，水表，氣表這表具當(dāng)中的使用比較多，這種技術(shù)在國內(nèi)的抄表業(yè)務(wù)中并不常見，但是在歐洲卻被廣泛使用。這種總線技術(shù)有什么樣的特點就在于它可以在遠程為設(shè)備供電，并且不需要布設(shè)電源線，所以說如果家里斷電的話，對于這個儀表是不會有影響的。

電力載波PLC技術(shù)

表4-2即為上述幾種有線通信技術(shù)的簡要對比，在有線通信技術(shù)當(dāng)中，這些技術(shù)基本上是用在工業(yè)上和公共事業(yè)會相對多一點。因為在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，設(shè)備相對來說，移動性是比較強的，所以有線的通信方式應(yīng)用的場景相對會少一點，更多的還是會用無線通信的方式來進行數(shù)據(jù)的傳輸。

四大短距無線通信特點及應(yīng)用場景

接下來我們介紹IoT常見的無線通信技術(shù)，其中無線的技術(shù)又可以被細分成很多不同的部分，比如運營商使用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，還有藍牙等一系列短距通信技術(shù)。

BluetoothBluetooth，即藍牙

這項技術(shù)在生活中非常常見，藍牙在手機，電腦，平板等設(shè)備當(dāng)中可以說已經(jīng)是一個必備的技術(shù)了。藍牙技術(shù)最初由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)制，當(dāng)時是作為RS232數(shù)據(jù)線的替代方案。藍牙可連接多個設(shè)備，克服了數(shù)據(jù)同步的難題。在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，比方說運動手環(huán)，智能電子秤當(dāng)中都需要用到藍牙技術(shù)。老版本的藍牙技術(shù)，傳輸距離相對于其他的無線通信技術(shù)來講是比較近的，只有10厘米到10米的范圍。但是它的傳輸速率是比較快的，最高可以達到1Mbps。

但是現(xiàn)在藍牙技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了藍牙5.0的版本，雖然它還是屬于短距無線通信技術(shù)，但它的傳輸距離已經(jīng)可以達到非常遠了。藍牙5.0支持最高3Mbps的傳輸速率以及最遠300米的傳輸距離。同時藍牙技術(shù)在發(fā)展到后期是又被分為了兩種技術(shù)類型，一種是BR/DER，另一種是LE。其中，需要重點去關(guān)注的是LE類型，因為LE類型的藍牙技術(shù)是非常適合在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中使用的?？赡茏x者們所熟知的藍牙技術(shù)還是以點對點的方式進行通信的，但是LE類型的藍牙技術(shù)可以支持點對點、廣播和Mesh等多種形式的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，這就非常適合物聯(lián)網(wǎng)場景下多設(shè)備連接進行數(shù)據(jù)傳輸了。

Wi-Fi

大多數(shù)人在家里或者辦公等場景下完成日常上網(wǎng)肯定都會使用到Wi-Fi。所以Wi-Fi的應(yīng)用是非常廣泛的。Wi-Fi通常是用在2.4G和5G兩個頻段上，通過這兩個不同的頻段，它可以為不同的設(shè)備提供不同的服務(wù)。跟之前版本的藍牙相比的話，Wi-Fi的通信距離相對還是比較遠的，并且支持一對多的連接。同時，它的傳輸速率同樣也很快。但是，Wi-Fi的缺點也十分明顯，首先是它的安全性不好，穩(wěn)定性非常差。比方說在看視頻的時候，也許會發(fā)現(xiàn)視頻看到一半卡住了。還有就是當(dāng)用戶在打電腦游戲的時候，感受會非常明顯，如果用Wi-Fi上網(wǎng)打游戲的話，延遲的變化是非常大的，有的時候是二三十毫秒，有的時候就直接變成一兩百毫秒了。所以Wi-Fi的穩(wěn)定性是比較差的，并且Wi-Fi的功耗相對來講是比較高的。如同藍牙一樣，Wi-Fi目前也發(fā)展到了新一代的Wi-Fi6這個版本，它支持9.6Gbps的傳輸速率以及低至20ms的時延。

ZigBee

相較于Wi-Fi與藍牙，ZigBee和下文中要描述的Z-Wave讀者們可能對它知之甚少。ZigBee也是一種短距離低功耗的無線技術(shù)，圖4-5即為ZigBee設(shè)備的工作模式示意圖，與圖4-4中的Wi-Fi設(shè)備工作示意圖相比其實就能發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的特點。Wi-Fi設(shè)備在連接時只能和AP或者主集中器相連接，但是ZigBee不一樣，它的數(shù)據(jù)在設(shè)備與設(shè)備之間也是可以進行傳遞的。這代表的就是ZigBee這項技術(shù)易組網(wǎng)的特點，如果Wi-Fi設(shè)備的中間接入點壞掉的話，相當(dāng)于整個網(wǎng)絡(luò)就癱瘓了。但是ZigBee不一樣，因為ZigBee的每臺設(shè)備都可以充當(dāng)中繼，如果由其中一臺設(shè)備壞了，其他的設(shè)備可以進行網(wǎng)絡(luò)重組，找到另一個可以充當(dāng)中繼的設(shè)備就可以重新構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)的特點其實和它的名字是非常相近的，ZigBee又稱紫蜂協(xié)議，因為它來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂是靠飛翔和“嗡嗡”地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)，這與ZigBee具備的靈活組網(wǎng)的特點就非常相似了。

除此之外，ZigBee模組的成本很低，只有2美金左右，同時和Wi-Fi相比，它的速率就顯得非常低了，只有20到250kbps。同時它的缺點就在于兼容性差和不易維護。

Z-Wave

除了ZigBee之外，還有一項短距無線技術(shù)叫Z-Wave。Z-Wave其實跟ZigBee差不多，但是他們的區(qū)別就在于Z-Wave相對來講更加可靠，但是它的協(xié)議標準不開放，同時Z-Wave的芯片只能通過SigmaDesigns這個公司來獲取。Z-Wave技術(shù)在最初設(shè)計時，就定位于智能家居無線控制領(lǐng)域。采用小數(shù)據(jù)格式傳輸，40kb/s的傳輸速率足以應(yīng)對，早期甚至使用9.6kb/s的速率傳輸。與同類的其他無線技術(shù)相比，擁有相對較低的傳輸頻率、相對較遠的傳輸距離和一定的價格優(yōu)勢。

短距無線技術(shù)對比

針對上述四種IoT短距無線技術(shù)做了個簡單的對比，主要的區(qū)別在于藍牙和Wi-Fi的傳速速率比較高，但老版本的藍牙只能一對一連接，Wi-Fi能一對多，所以，藍牙主要用在鼠標，耳機，手機這些設(shè)備上，而Wi-Fi主要是用在家庭或者其他室內(nèi)進行高速上網(wǎng)。同時基于ZigBee和Z-Wave設(shè)備它們低速率和連接節(jié)點多的特點，基本上不太可能應(yīng)用在除了物聯(lián)網(wǎng)之外的其他領(lǐng)域，因為它們的傳輸速率是在是太低了。所以ZigBee和Z-Wave主要應(yīng)用于家庭自動化、智能家居、智慧大廈等等領(lǐng)域。

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