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硬件开发者之路之——物联网通信技术简介

上一篇 / 下一篇  2018-05-08 22:14:17 / 个人分类:技术生涯

物联网的概念虽然近些年才火起来,但是所谓的物联网其实自从有了电子设备以后就诞生了,不过是两台设备之间的连接通讯而已嘛。只是随着技术的发展和进步,设备之间的通讯场景和应用方式越来越复杂多样,因此基于设备连接的技术越来越深入和专一化。也导致初识物联网的人感到一头雾水,好像陷入了万物互联之网的困惑中。今天就简单梳理一下物联网的通讯技术。
一、有线连接的开始
这就是最简单的物联网,两个节点,有线连接。我们目前的很多设备都是这种连接方式,虽然这并不算是目前所说的典型物联网,却算是最基础的结构。那么在这个物理层面的初始阶段有哪些技术呢?
对于设备之间的信号线类型而言有很多种了,这个可以从电子电路的电平标准开始说,具体可见之前文章。TTL,CMOS,CML,PECL,LVDS等等,还有RS232/485,CAN,I2C,SPI,TCP/IP等等通讯协议模式,这些电平组成不同的有线通讯方式组成适用于高低速及远近距离及不同可靠性等的应用技术,设备之间通过信号线就可以进行信息传递。其中利用一些有线连接方式就可以完成多设备的有线组网应用了,如RS485,I2C,CAN总线等可组网技术,当然这些组网场景大部分相对来说距离较近,多应用在工业环境中,更重要的是受限于物理连接。
二、无线通讯技术的发展
随着手机的发明,无线通讯的快速发展带来了更多的技术拓展,这里可分为下面几种
蜂窝网:移动通信网络,依靠基站组成蜂窝状通讯区域。
火热的NB-IOT构建于窄带蜂窝网,因此通过NB-IOT可以将设备接入运营商网络,实现最大范围应用连接,典型的应用就是现在满大街的共享单车,最大的优点之一是低功耗,NB-IOT属于LPWAN(低功耗广域网)。
如何实现低功耗:
A、 PSM模式:低功耗模式
B、eDRX模式:非连续接收
上述两种方式是依靠偶尔罢工的方式实现低功耗应用,因此在实时性要求很高的场合并不适用。
下图是一张对比可以看出NB-IOT的优点:
下图是蜂窝式的NBIOT相对于其他物联技术的特点:
综上简单的介绍了当前火热的NB-IOT技术,既然NB-IOT技术这么好,我们还需要其他技术吗?当然不是,而且目前的NB-IOT还在继续发展中,针对不同的应用场景,我们还是要选择不同的技术,下面介绍下目前应用较多的几种非蜂窝式物联通讯技术。
1、 WIFI
WiFi是一个国际无线局域网(WLAN)标准,全称为Wireless Fidelity无线保真,又称IEEE802.11b标准。WiFi最早是基于IEEE802.11协议,发表于1997年,定义了WLAN的MAC层和物理层标准。
Wifi的工作有三个阶段:扫描阶段(SCAN)-认证阶段 (Authentication)-关联(Association)
WiFi的主要应用是无线接入互联网,主要特点是传输速度快,距离远。
2、 蓝牙
蓝牙来源于爱立信,Bluetooth,取自中世纪欧洲丹麦的一个开国皇帝Harald Blatand(英文解释为Bluetooth)的名字。主要面对的应用是短距离,低速应用,功耗低,应用简单。
3、 ZigBee
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是EEE无线个人局域网(PAN, Personal area network)工作组的一项标准,被称作IEEE802.15.4( Zigbee)技术标准。
ZigBee的重要优点之一是自组网能力,但是在非移动场景的智能家居上意义不大,而且成本也没用优势,因此目前主要还是应用于一些短距离的工业设备中,对于功耗和延时要求高的场合。
4、 NFC技术
是一种短距离的高频无线通信技术,允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输,交换数据。这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来,由飞利浦和索尼共同研制开发,其基础是RFID及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术,在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。NFC主要应用场景为近距离的私密信息通信。
下面是几种无线通信技术总结:
三、小结
目前的无线通信技术发展很快,但是不会有一种技术覆盖所有场景,而且目前所有的技术也都在不断升级迭代。但是各通信技术都有其突出的应用优点,分别从速度,传输距离,功耗,安全性,成本等角度拉开差别,因此我们的选择也首先从应用场景开始,选择适合的通信技术,因此作为开发者在系统设计进行通信方式选型时必须要先了解每一种技术的优缺点,结合系统通信设计的要求或者侧重点来确定方案,而且同一通讯方式也有多种软硬件方案,实现的通讯效果差异也大,因此选型测试后的最终结果才是最后选择。


TAG: NB-LOT WIFI wifi WiFi Wifi 蓝牙 嵌入式 物联网 硬件开发

 

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