1.2 物聯網通信技術

在物聯網中，通信技術起著橋梁作用，將分布在各處的物體聯系起來，實現真正意義上的“物聯”。通信技術是物聯網技術的基礎，物聯網常用的通信技術分為有線通信技術和無線通信技術兩類。本節將對這兩類通信技術的特點、適用場景等進行介紹。

1.2.1 有線通信技術

有線通信技術主要有Ethernet、M-BUS、PLC、USB、RS-232、RS-485等，這些技術的特點和適用場景如表1-1所示。

（1）Ethernet是當前局域網中最通用的通信協議標準，其在以太網絡中廣泛使用。

（2）M-BUS總線又稱為戶用儀表總線，是一種用于非電力戶用儀表數據傳輸的歐洲總線標準。M-BUS專門為消耗型測量儀器和計數器傳送信息的數據總線設計，在建筑物和工業能源數據采集方面有廣泛的應用。

（3）電力線通信（Power Line Communication，PLC）技術是指利用電力線傳輸數據和媒體信號的一種通信方式。該技術把載有信息的高頻信號加載于電流，使用電線傳輸，接收信息的適配器把高頻信號從電流中分離出來并傳送到計算機或電話，以實現信息的傳遞。

（4）通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）是一個外部總線標準，用于規范計算機與外部設備的連接和通信，是應用在計算機領域的接口技術。

（5）RS-232是個人計算機上的通信接口之一，是由電子工業協會制定的異步傳輸標準接口。RS-232與RS-485的主要區別在傳輸方式和傳輸距離兩個方面。在傳輸方式方面，RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信；RS-485則采用平衡傳輸，即差分傳輸方式。在傳輸距離方面，RS-232適合本地設備之間的通信，傳輸距離一般不超過20米，而RS-485的傳輸距離為幾十米到上千米。此外，RS-232只允許一對一通信，而RS-485接口在總線上允許連接多達128個收發器。

RS-485、M-BUS和PLC是現在物聯網常用的通信方式，Ethernet主要用于支持采用以太網標準的智能終端的連接。

1.2.2 無線通信技術

無線通信技術主要有紅外通信技術、Wi-Fi、藍牙、ZigBee、NB-IoT、Z-Wave、SigFox、LoRa、GPRS、3G、LTE(eLTE)，其中部分無線通信技術的介紹如表1-2所示。

（1）紅外通信是通過紅外線傳輸數據。紅外通信技術不需要線纜連接的特征使該通信方式的保密性很強，其在短距離無線傳輸工作中有著廣泛的應用。

（2）Wi-Fi是一種允許電子設備連接到無線局域網（Wireless LAN，WLAN）的技術，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射頻頻段。無線局域網通常是有密碼保護的，但也可以是開放的，其允許WLAN范圍內的任意設備進行連接。Wi-Fi的優點是覆蓋范圍廣、數據傳輸速率快，缺點是傳輸安全性和穩定性較差、功耗略高、組網能力差。

（3）藍牙（Bluetooth）是一種大容量、近距離無線數字通信技術標準，其目標是實現高速數據傳輸。藍牙的數據傳輸速率可達24Mbit/s、典型傳輸距離為1m~100m，通過提高發射功率，其傳輸距離可達到100m。藍牙技術的優點是速率快、功耗低、安全性高，缺點是網絡節點少，不適合多點布控。使用藍牙技術可連接多個設備，解決了數據同步的難題。

（4）ZigBee是基于IEEE 802.15.4標準的低功耗局域網協議，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。ZigBee的名字來源于蜜蜂的“8字”舞，蜜蜂（Bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（Zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來向同伴傳遞花粉所在方位的信息的，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。ZigBee的特點是傳輸距離近、復雜度低、自組織、功耗低、數據傳輸速率低，適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

（5）窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）基于蜂窩，是LPWA（Low-Power Wide-Area Network，低功率廣域網絡）的一種，其構建于蜂窩網絡，只消耗大約180kHz的帶寬。NB-IoT聚焦于低功耗、廣覆蓋的物聯網市場，是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。它可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本，實現平滑升級。NB-IoT具有覆蓋廣、連接多、數據傳輸速率低、成本低、功耗低、架構優等特點，可以廣泛應用于多種垂直行業，如遠程抄表、資產跟蹤、智能停車、智慧農業等。

（6）Z-Wave是一種新興的、基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。Z-Wave技術常用于住宅、照明商業控制以及狀態讀取應用，如抄表、照明、家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災檢測等。Z-Wave的優點是結構簡單、功耗低、成本低、可靠性高，缺點是標準不開放，芯片只能通過Sigma Designs這唯一來源獲取。

（7）SigFox網絡利用了超窄帶UNB技術，傳輸功耗非常低，卻仍然能維持穩定的數據連接。SigFox無線鏈路使用免授權的工業、科學和醫療（Industrial Scientific Medical，ISM）頻段。SigFox網絡拓撲可擴展、容量高，能源消耗非常低，同時其基于星型結構的基礎設施簡單且易于部署。SigFox網絡的性能特征是每天每設備最多只能傳輸140條消息，每條消息12Byte（96bit），無線吞吐量達100bit/s。

（8）LoRa是LPWA通信技術中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。這一方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，為用戶提供一種簡單的、能實現遠距離傳輸的、電池壽命長、通信容量大的系統，進而擴展了傳感網絡。目前，LoRa主要在全球免費頻段上運行。

幾種主要無線通信技術的對比如圖1-1所示。