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物聯(lián)網(wǎng)可以說是當(dāng)今時代智能生活下的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)物，它結(jié)合了當(dāng)今多種技術(shù)，為我們的生活提供了極大的便利。凡是行業(yè)都要有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，物聯(lián)網(wǎng)同樣如此，我們今天將詳細(xì)介紹物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的入網(wǎng)協(xié)議。
一、概述：
應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層/傳輸層、物理層/數(shù)據(jù)鏈路層、設(shè)備層
接入?yún)f(xié)議一般負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信。
二、近距離通信協(xié)議：
2.1、RFID
1、RFID簡介
RFID的空中接口通信協(xié)議規(guī)范基本決定了RFID的工作類型，RFID讀寫器和相應(yīng)類型RFID標(biāo)簽之間的通訊規(guī)則，包括：頻率、調(diào)制、位編碼及命令集。ISO/IEC制定五種頻段的空中接口協(xié)議。
【1】ISO/IEC18000-1
【2】ISO/IEC18000-2
【3】ISO/IEC18000-3
【4】ISO/IEC18000-4
【5】ISO/IEC18000-6
【6】ISO/IEC18000-7
另外三種RFID協(xié)議：
【7】ISO/IEC14443：識別卡、無觸點集成電路卡、臨近卡
【8】ISO14443TypeA：門禁卡、公交卡和小額儲值消費卡
【9】ISO14443TypeB：、護(hù)照、銀聯(lián)卡
2.2、NFC
1、NFC簡介
近距離無線通信NFC是NearFieldCommunication縮寫，即近距離無線通訊技術(shù)，是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸(在10厘米內(nèi))交換數(shù)據(jù)。
2、NFC技術(shù)原理
【1】在被動模式下，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個通信過程中提供射頻場。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制(loadmodulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。移動設(shè)備主要以被動模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，而不是發(fā)起設(shè)備。
【2】在主動模式下，每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以獲得非常快速的連接設(shè)置。
3、NFC應(yīng)用
【1】接觸通過(TouchandGo)：門禁管制、車票和門票等
【2】接觸確認(rèn)(TouchandConfirm)：移動支付
【3】接觸連接(TouchandConnect)：下載音樂、圖片互傳和同步交換通訊簿等
【4】接觸瀏覽(TouchandExplore)：通過瀏覽一個NFC設(shè)備，了解提供的是何種功能和服務(wù)。
2.3、Bluetooth
1、藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點
藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性規(guī)范，工作在通用的2.4GHzISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1Mb/s。
2、藍(lán)牙版本
【1】目前藍(lán)牙發(fā)展到了藍(lán)牙5.0，版本如下：
版本1.1、版本1.2、版本2.0、版本2.1、版本3.0+HS、版本4.0、版本4.1、版本4.2、版本5.0
【2】藍(lán)牙4.0為藍(lán)牙3.0的升級標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙4.0最重要的特性是省電，極低的運行和待機(jī)功耗可以使一粒紐扣電池連續(xù)工作數(shù)年之久。此外，低成本和跨廠商互操作性，3毫秒低延遲、AES-128加密等諸多特色，可以用于計步器、心律監(jiān)視器、智能儀表、傳感器物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域，大大擴(kuò)展藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【3】藍(lán)牙4.1的關(guān)鍵詞應(yīng)當(dāng)是IOT(全聯(lián)網(wǎng))，也就是把所有設(shè)備都聯(lián)網(wǎng)的意思。為了實現(xiàn)這一點，對通訊功能的改進(jìn)是藍(lán)牙4.1重要的改進(jìn)之一。藍(lán)牙4.1的特點如下：
《1》批量數(shù)據(jù)的傳輸速度
《2》通過IPV6連接到網(wǎng)絡(luò)
《3》簡化設(shè)備連接
《4》與4G和平共處
《5》提供的增強(qiáng)功能：使無線耳機(jī)更加適用于政府、醫(yī)療及銀行等安全至上的應(yīng)用領(lǐng)域。
【4】藍(lán)牙4.2：
2014年12月4日，藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)頒布，改善了數(shù)據(jù)傳輸速度和隱私保護(hù)程度，可直接通過IPv6和6LoWPAN接入互聯(lián)網(wǎng)。在新的標(biāo)準(zhǔn)下藍(lán)牙信號想要連接或者追蹤用戶設(shè)備必須經(jīng)過用戶許可，否則藍(lán)牙信號將無法連接和追蹤用戶設(shè)備。
【5】藍(lán)牙5.0：
5.0版本于美國時間2016年6月16日在倫敦正式發(fā)布,為現(xiàn)階段的藍(lán)牙協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙5.0有以下特點：
《1》更快的傳輸速度
《2》更遠(yuǎn)的有效距離
《3》導(dǎo)航功能
《4》物聯(lián)網(wǎng)功能
《5》升級硬件
《6》更多的傳輸功能
《7》更低的功耗
《8》真正支持無損傳輸
【6】藍(lán)牙匹配規(guī)則
兩個藍(lán)牙設(shè)備在進(jìn)行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息只會被經(jīng)過允許的另一個設(shè)備所接受。藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備分為兩種：主設(shè)備和從設(shè)備。
【7】注意事項
主設(shè)備與主設(shè)備之間、主設(shè)備與從設(shè)備之間，是可以互相匹配在一起的;而從設(shè)備與從設(shè)備是無法匹配的。例如：藍(lán)牙PC與藍(lán)牙手機(jī)可以匹配在一起;藍(lán)牙PC也可以與UD筆匹配在一起;而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。在同一時間，藍(lán)牙設(shè)備之間僅支持點對點通訊。
3、藍(lán)牙應(yīng)用
藍(lán)牙技術(shù)可以應(yīng)用于日常生活的各個方面，例如，引入藍(lán)牙技術(shù)，就可以去掉與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而而通過無線使其建立通信。
打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)牙系統(tǒng)的一部分。
三、遠(yuǎn)距離蜂窩通信協(xié)議：
1、簡介
遠(yuǎn)距離蜂窩通信協(xié)議主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技術(shù)下的各電信運營商采用的制式、協(xié)議，在這里就不再多為電信運營商和大設(shè)備商們搖旗了。
四、遠(yuǎn)距離非蜂窩通信協(xié)議：
4.1、ZigBee技術(shù)
1、ZigBee簡介
ZigBee這個名字來源于蜂群的通信方式：蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。
2、ZigBee技術(shù)特點
ZigBee是一種無線連接,可工作在2.4GHz(流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。
作為一種無線通信技術(shù),ZigBee具有如下特點:低功耗、成本低、時延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠、安全
3、ZigBee協(xié)議棧
ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括：高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)。
4、ZigBee應(yīng)用
【1】家庭和建筑物的自動化控制：照明、空調(diào)、窗簾等家具設(shè)備的遠(yuǎn)程控制;
【2】消費性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控。
【3】PC外設(shè)：無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等;
【4】工業(yè)控制：使數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易;
【5】醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等;
【6】交互式玩具。
4.2、LoRa技術(shù)
LoRa™(LongRange，遠(yuǎn)距離)是一種調(diào)制技術(shù)，與同類技術(shù)相比，提供更遠(yuǎn)的通信距離。由于LoRa調(diào)制是物理層(PHY)，因此也可將其用于不同的協(xié)議和不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(如Mesh、Star、點對點)等等。可以將LoRa概括為以下幾種協(xié)議：
【1】LoRaWAN協(xié)議
LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟推動的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議，針對低成本、電池供電的傳感器進(jìn)行了優(yōu)化，包括不同類別的節(jié)點，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)延遲和電池壽命。LoRa聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化了LoRaWAN，以確保不同國家的LoRa網(wǎng)絡(luò)是可以互操作的。
【2】CLAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
“中國LoRa應(yīng)用聯(lián)盟(ChinaLoraApplicationAlliance，簡稱CLAA)是在LoRaAlliance支持下，由中興通訊發(fā)起，各行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新主體廣泛參與、合作共建的技術(shù)聯(lián)盟，旨在共同建立中國LoRa應(yīng)用合作生態(tài)圈，推動LoRa產(chǎn)業(yè)鏈在中國的應(yīng)用和發(fā)展，建設(shè)多業(yè)務(wù)共享、低成本、廣覆蓋、可運營的LoRa物聯(lián)網(wǎng)。中興通訊作為LoRaAlliance(簡稱LoRa聯(lián)盟)董事會成員，與LoRa聯(lián)盟成員一起共同推動LoRa技術(shù)在低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。”
【3】LoRa私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
在面向小范圍節(jié)點數(shù)不多的應(yīng)用中，使用LoRaWAN網(wǎng)關(guān)部署網(wǎng)絡(luò)成本就顯得高了。用一個或幾個SX127x做一個小“網(wǎng)關(guān)”或“集中器”，無線連接上百個的SX127x，組建一個小的星型網(wǎng)絡(luò)，通過自己的LoRa私有通信協(xié)議，就可以實現(xiàn)一個簡單的LoRa私有網(wǎng)絡(luò)，這也是一種比較靈活方式
【4】LoRa數(shù)據(jù)透傳
目前市面上LoRa芯片基本上源于美國SEMTECH的SX127x系列，用LoRa做成透傳模塊，只進(jìn)行簡單的發(fā)送和接收，實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)的傳輸，應(yīng)用相對簡單。
六、有線通信協(xié)議：
6.1、USB協(xié)議
1、USB協(xié)議的以前版本：
USB協(xié)議規(guī)范1.1——支持USB低速和全速規(guī)范(12Mbps)
USB協(xié)議規(guī)范2.0——支持USB高速協(xié)議規(guī)范(480Mbps)
USB協(xié)議規(guī)范3.0——支持USB超高速協(xié)議規(guī)范(5Gbps)
6.2、RS232協(xié)議
1、RS232協(xié)議簡介：
RS232是一種異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。通常RS-232接口以9個引腳(DB-9)或是25個引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn)。RS232的連接方式是三根線：一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。電平信號：邏輯1(MARK)=-3V～-15V，邏輯0(SPACE)=+3～+15V
6.3、RS485協(xié)議
1、RS232協(xié)議簡介：
RS485是RS232升級版的串口協(xié)議，一般采用兩線制傳輸：A、B兩條傳輸線。電平信號：-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”，電壓為A-B的電壓。
6.4、M-Bus協(xié)議
1、M-Bus協(xié)議簡介：
M-Bus是為遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集而誕生的。
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