? ? ? ?技術(shù)行業(yè)沒(méi)有永遠的標準，也沒(méi)有完美的標準，當下的一切都是由最終消費者決定，由大家主流的需求和用戶(hù)體驗而決定哪一種技術(shù)協(xié)議會(huì )成為當下的主流應用，即所謂的事實(shí)標準。

? ? ? ?下次再有朋友問(wèn)智能家居技術(shù)標準為啥不能統一、LPWAN技術(shù)標準為啥不能統一，你就反問(wèn)他這世界為啥不能統一呢？哈哈~

? ? ? ?言歸正傳，既然我們知道技術(shù)界無(wú)真正的所謂標準，就讓我們踏實(shí)地來(lái)研究一下各家各派的武功秘訣，看看是南拳北腿、太極還是跆拳道、空手道比較厲害。

? ? ? ?物聯(lián)網(wǎng)通訊方式的發(fā)展

? ? ? ?最早的物聯(lián)網(wǎng)只是簡(jiǎn)單把兩個(gè)設備用信號線(xiàn)連接在一起，也就是所謂的“物物相連”，多采用有線(xiàn)方式。

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后來(lái)使用了無(wú)線(xiàn)，也出現了簡(jiǎn)單的組網(wǎng)。

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? ? ? ?在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，越來(lái)越多的傳感器、設備接入互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)也不單是通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)傳輸，引入了空中網(wǎng)、衛星網(wǎng)等，應用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。

? ? ? ?隨著(zhù)時(shí)代進(jìn)步和發(fā)展，社會(huì )逐步進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)+，各類(lèi)傳感器采集數據越來(lái)越豐富，大數據應用隨之而來(lái)，人們考慮把各類(lèi)設備直接納入互聯(lián)網(wǎng)以方便數據采集、管理以及分析計算。

? ? ? ?簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)智能化已經(jīng)不再局限于小型設備、小網(wǎng)絡(luò )階段，而是進(jìn)入到完整的智能工業(yè)化領(lǐng)域，智能物聯(lián)網(wǎng)化在大數據、云計算、虛擬現實(shí)上步入成熟，并納入互聯(lián)網(wǎng)+整個(gè)大生態(tài)環(huán)境。

常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)通信方式

? ? ? ?對常用的物聯(lián)網(wǎng)通信方式進(jìn)行歸納總結，可分為四大種類(lèi)，如圖：

? ? ? ?這四種網(wǎng)絡(luò )形式對物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)都有些局限性。

? ? ? ?1）有線(xiàn)傳輸：需要數據線(xiàn)路，使用不方便。

? ? ? ?2）近距離無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)： 有距離限制，無(wú)法遠距離通信。

? ? ? ?3）傳統互聯(lián)網(wǎng)：需要接入主干網(wǎng)絡(luò )，設備之間不能直接通信。

? ? ? ?4）移動(dòng)空中網(wǎng)：需要接入主干網(wǎng)絡(luò )，設備之間不能直接通信，并且流量發(fā)生費用。

? ? ? ?最理想的物聯(lián)網(wǎng)通訊形式是：物與物之間直連，拋除主干網(wǎng)絡(luò )，直接的遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸。類(lèi)似于無(wú)線(xiàn)電，在設備上安裝收發(fā)裝置，保證各設備的直接通信。不過(guò)這只是一個(gè)理想。

? ? ? ?有線(xiàn)傳輸

? ? ? ?設備之間用物理線(xiàn)直接相連，方式有電線(xiàn)載波或載頻、同軸線(xiàn)、開(kāi)關(guān)量信號線(xiàn)、RS232串口、RS485、USB，其中常用的是RS232串口、RS485、USB。

? ? ? ?RS232串口：串行通信接口，是電腦與其它設備傳送信息的一種標準接口，因此一般用于20m以?xún)鹊耐ㄐ?，常用的串口線(xiàn)一般只有1~2米。

??RS232串口

? ? ? ?RS-485總線(xiàn)：在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)或者有多設備聯(lián)網(wǎng)需求時(shí)，RS232無(wú)法滿(mǎn)足，因此誕生了RS-485 串行總線(xiàn)標準。

RS-485典型接線(xiàn)圖

? ? ? ?RS-485采用半雙工工作方式，可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)，允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。?485總線(xiàn)由于其布線(xiàn)簡(jiǎn)單，穩定可靠從而廣泛的應用于視頻監控，門(mén)禁對講，樓宇報警等領(lǐng)域中。

? ? ? ?USB：通用串行總線(xiàn)，是一個(gè)外部總線(xiàn)標準，支持設備的即插即用和熱插拔功能，具有傳輸速度快、使用方便、連接靈活，獨立供電等優(yōu)點(diǎn)。

? ? ? ?USB用一個(gè)4針（USB3.0標準為9針）插頭作為標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來(lái)，最多可以連接127個(gè)外部設備，并且不會(huì )損失帶寬。

? ? ? ?可連接鍵盤(pán)、鼠標、打印機、掃描儀、攝像頭、閃存盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、ADSL Modem、手機等幾乎所有的外部設備。已成功替代串口和并口，并成為個(gè)人電腦、智能設備的必配接口之一。

? ? ? ?有線(xiàn)聯(lián)接的優(yōu)勢主要體現在穩定性、可靠性與傳輸速度上，但由于其采用了實(shí)體的聯(lián)接方式，便利性與實(shí)用性是其致命傷。

? ? ? ?隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)在穩定性、可靠性與速度上的進(jìn)化，在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應用中，應該說(shuō)留給有線(xiàn)聯(lián)接方式的發(fā)展空間已不大，當然也不會(huì )消失。

? ? ? ?傳統互聯(lián)網(wǎng)

? ? ? ?互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現在，基本上所有的軟件系統都運行在互聯(lián)網(wǎng)基礎上，人們從互聯(lián)網(wǎng)上獲取各類(lèi)數據，進(jìn)行交流溝通、工作，基本上所有人都知道互聯(lián)網(wǎng)，這里只做簡(jiǎn)單描述。? ?

? ? ? ?以太網(wǎng)：是當前應用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。包括標準的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)和10G以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3標準，IEEE802.3規定了包括物理層的連線(xiàn)、電信號和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層協(xié)議的內容。

? ? ? ?WIFI：基于IEEE 802.11標準的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，可以看作是有線(xiàn)局域網(wǎng)的短距離無(wú)線(xiàn)延伸。組建WIFI只需要一個(gè)無(wú)線(xiàn)AP或是無(wú)線(xiàn)路由器就可以，成本較低。??

? ? ? ?移動(dòng)空中網(wǎng)

? ? ? ?移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展到現在，移動(dòng)終端直接接入到互聯(lián)網(wǎng)世界，隨著(zhù)通信資費下降以及3G/4G無(wú)線(xiàn)模塊成本下降，由于3G/4G可以很方便直接與互聯(lián)網(wǎng)通信，越來(lái)越多的設備采用移動(dòng)網(wǎng)技術(shù)。

? ? ? ?3G/4G:?第三和第四代移動(dòng)通信技術(shù)，而4G是集3G與WLAN于一體，能夠快速高質(zhì)量地傳輸數據、圖像、音頻、視頻等。4G可以在有線(xiàn)網(wǎng)沒(méi)有覆蓋的地方部署，能夠以100Mbps以上的速度下載，能夠滿(mǎn)足幾乎所有用戶(hù)對于無(wú)線(xiàn)服務(wù)的要求，具有不可比擬的優(yōu)越性。

? ? ? ?5G目前還處于技術(shù)標準的研究階段，今后幾年4G還將保持主導地位、實(shí)現持續高速發(fā)展。預計要到2020年才能正式商用。

? ? ? ?NB-IoT、eMTC等專(zhuān)門(mén)針對物聯(lián)網(wǎng)的應用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)的LPWAN技術(shù)就不再累贅了。

? ? ? ?近距離無(wú)線(xiàn)傳輸

? ? ? ?設備之間用無(wú)線(xiàn)信號傳輸信息。主要有無(wú)線(xiàn)RF、藍牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan。

? ? ? ?RF（射頻）：它包括315M/433M等，是非常成熟的一種近距離、復雜程度低、功耗低、數據傳輸速率低、成本低的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)。

? ? ? ?這些無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)被廣泛運用在遙控與門(mén)鈴，我們日常生活中所接觸到的搖控器除了紅外的就是射頻的了，另外在電機控制領(lǐng)域應用也非常廣。不過(guò)由于它是點(diǎn)對點(diǎn)的，組網(wǎng)不太靈活，另外它的傳輸速度相對比較慢也是其一個(gè)很大的缺點(diǎn)。

? ? ? ?藍牙（Bluetooth）

? ? ? ?藍牙技術(shù)最初由愛(ài)立信于1994年創(chuàng )制，當時(shí)是作為RS232數據線(xiàn)的替代方案。

? ? ? ?使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF無(wú)線(xiàn)電波、基于數據包、有著(zhù)主從架構的一種無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準，由藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）管理，IEEE將藍牙技術(shù)列為IEEE 802.15.1，但如今已不再維持該標準。

? ? ? ?截止目前為止已經(jīng)更新了10個(gè)版本，我們常用的版本是藍牙4.0-4.2，最新的版本號是藍牙5，各項指標也在不斷演進(jìn)。

? ? ? ?藍牙技術(shù)擁有一套專(zhuān)利網(wǎng)絡(luò )，可發(fā)放給符合標準的設備。藍牙使用跳頻技術(shù)，將傳輸的數據分割成數據包，通過(guò)79個(gè)指定的藍牙頻道分別傳輸數據包。質(zhì)量好的無(wú)線(xiàn)藍牙耳機電池可以使用時(shí)間一般是2-3年，通常是數周。

? ? ? ?Zigbee

? ? ? ?是基于IEEE802.15.4標準的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的局域網(wǎng)通信協(xié)議，又稱(chēng)紫蜂協(xié)議，蜜蜂 ?(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò )。

? ? ? ?Zigbee被正式提出來(lái)是在2003年，它的出現是為了彌補藍牙通信協(xié)議的高復雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規模太小等缺陷。

? ? ? ?可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，單點(diǎn)傳輸距離在10-75m的范圍內。

? ? ? ?ZigBee采用自組網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，可從標準的75m距離進(jìn)行無(wú)限擴展。ZigBee 節點(diǎn)非常省電，其電池工作時(shí)間可以長(cháng)達6 個(gè)月到2 年左右，在休眠模式下可達10 年。

? ? ? ?Z-Wave

? ? ? ?是由丹麥公司Zensys所一手主導的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在最初設計時(shí)，就定位于智能家居無(wú)線(xiàn)控制領(lǐng)域。

? ? ? ?采用小數據格式傳輸，數據傳輸速率高達100kbit / s，信號的有效覆蓋范圍在室內是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄寬帶應用場(chǎng)合。它支持全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，不需要協(xié)調器節點(diǎn)，可以控制多達232個(gè)設備。

? ? ? ?不過(guò)，其芯片制造商只有唯一一個(gè)——Sigma Designs，Z-Wave在中國的影響也遠沒(méi)有ZigBee大。

? ? ? ?IPv6?/ 6Lowpan

? ? ? ?基于IPv6的低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)標準，即IPv6 over IEEE 802.15.4。IEEE 802.15.4標準設計用于開(kāi)發(fā)可以靠電池運行1到5年的緊湊型低功率廉價(jià)嵌入式設備(如傳感器)。

? ? ? ?IETF 6LoWPAN技術(shù)具有無(wú)線(xiàn)低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，其射頻發(fā)射功率大約只有同頻帶Wi-Fi的1%。6LoWPAN的出現使各類(lèi)低功率無(wú)線(xiàn)設備能夠加入IP家庭中，與Wi-Fi、以太網(wǎng)以及其他類(lèi)型的設備并網(wǎng)。

? ? ? ?NFC

? ? ? ?又稱(chēng)近距離無(wú)線(xiàn)通信，允許設備之間進(jìn)行短距離（10cm內）非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)傳輸交換數據。最初由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來(lái)，并向下兼容RFID。

? ? ? ?這是一種新興的技術(shù)，使用了具備N(xiāo)FC技術(shù)的設備在彼此靠近的情況下進(jìn)行數據交換，通過(guò)在單一芯片上集成感應式讀卡器、感應式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)通信的功能，利用移動(dòng)終端實(shí)現移動(dòng)支付、電子票務(wù)、門(mén)禁、移動(dòng)身份識別、防偽等應用。

? ? ? ?最后上一張表，歸結了各主流無(wú)線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)：

? ? ? ?是不是發(fā)現問(wèn)題啦？數據有所出入？如果是，那可以獎勵自己一個(gè)雞腿了，這是一張老圖。但重點(diǎn)不在這，技術(shù)日新月異，通過(guò)上圖我們發(fā)現新興技術(shù)ZigBee跟Z-Wave都支持自組網(wǎng)。

網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )

? ? ? ?ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢在于具有強大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹(shù)型和網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據實(shí)際項目需要來(lái)選擇合適的網(wǎng)絡(luò )結構。

? ? ? ?Zigbee的三種組網(wǎng)方式

? ? ? ?星狀型組網(wǎng)

? ? ? ?星型結構就像星星那樣子，是發(fā)散的。多個(gè)設備與一個(gè)主機相連，并且不構成閉合線(xiàn)路。

? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單、故障診斷和隔離容易、方便服務(wù)。

? ? ? ?缺點(diǎn)：中央節點(diǎn)的負擔較重，形成瓶頸、各站點(diǎn)的分布處理能力較低。

? ? ? ?總的來(lái)說(shuō)星型拓撲結構相對簡(jiǎn)單，便于管理，是目前普遍采用的一種拓撲結構。?

樹(shù)狀型組網(wǎng)

? ? ? ?樹(shù)型結構像一棵倒置的樹(shù)，頂端是樹(shù)根，樹(shù)根以下帶分支，每個(gè)分支還可再帶子分支。

? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：易于擴充，故障隔離較容易。

? ? ? ?缺點(diǎn)：各個(gè)節點(diǎn)對根的依賴(lài)性太大。

? ? ? ?葉節點(diǎn)及其相連的線(xiàn)路外，任一節點(diǎn)或其相連的線(xiàn)路故障都會(huì )使系統受到影響。

網(wǎng)狀型組網(wǎng)

? ? ? ?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構又稱(chēng)作無(wú)規則結點(diǎn)之間的連接，是任意的、沒(méi)規律的。

? ? ? ?優(yōu)點(diǎn)：系統可靠性高。

? ? ? ?缺點(diǎn)：結構復雜，必須采用路由選擇算法與流量控制算法，

? ? ? ?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )實(shí)際上就是多通道通信，具備自組織、自愈功能。一旦某一個(gè)節點(diǎn)出現了問(wèn)題，信息可以自動(dòng)的沿著(zhù)其他的節點(diǎn)進(jìn)行傳輸。

? ? ? ?就像城市的街道一樣，可能因為車(chē)禍，道路維修等，使得某條道路暫時(shí)中斷，此時(shí)由于我們有多個(gè)通道，車(chē)輛仍然可以通過(guò)其他道路到達目的地。而這一點(diǎn)對實(shí)際應用非常重要。

? ? ? ?目前使用的遠程拓樸結構均采用了網(wǎng)狀拓樸結構型。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )數據是在路由器之間彈跳的，它可以將信號覆蓋到家中的每一個(gè)角落。如果規模很大，像智慧城市一樣，就要無(wú)數的路由器，顯然這并不實(shí)惠。

? ? ? ?目前，在國內智能家居領(lǐng)域里，Zigbee、WiFi、藍牙是最流行的三種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。其中藍牙一個(gè)主設備只能連接7個(gè)從設備，明顯不夠用，遭人詬病。WiFi和ZigBee憑借技術(shù)優(yōu)勢喧囂甚上，大有取代藍牙的勢頭。

三者技術(shù)對比圖（舊）

? ? ? ?然而事情卻出現了反轉，就在7月19日, 藍牙技術(shù)聯(lián)盟正式宣布，藍牙技術(shù)開(kāi)始全面支持Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )。全新的Mesh功能提供“多對多”設備傳輸，并特別提高構建大范圍網(wǎng)絡(luò )覆蓋的通信效能。

藍牙Mesh工業(yè)解決方案

? ? ? ?藍牙技術(shù)聯(lián)盟執行總裁Mark Powell表示：

? ? ? ?“Mesh網(wǎng)絡(luò )功能的支持，象征著(zhù)藍牙成員一直以來(lái)致力于推進(jìn)新興市場(chǎng)繁榮發(fā)展的悠久傳統。就像當年引入低功耗藍牙技術(shù)，為連接設備市場(chǎng)帶來(lái)高速增長(cháng)一樣。

? ? ? ?我們相信，藍牙Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )技術(shù)也將扮演新興市場(chǎng)的重要推手，極大程度地幫助樓宇自動(dòng)化、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )等市場(chǎng)取得更快速的增長(cháng)?！?/p>

藍牙Mesh樓宇解決方案

? ? ? ?結語(yǔ)

? ? ? ?現在來(lái)看，智能家居三大技術(shù)中，風(fēng)頭最盛的WiFi處境反而變得尷尬起來(lái)。Zigbee是因彌補藍牙缺陷而生，而現在藍牙開(kāi)始自我完善了……

? ? ? ?不過(guò)回到開(kāi)頭所說(shuō)：沒(méi)有最好的技術(shù)，只有更好的技術(shù)。技術(shù)永無(wú)止境，誰(shuí)說(shuō)WiFi、Zigbee等技術(shù)就一定止步不前了呢？

? ? ? ?（信息來(lái)源：微信公眾號“全球物聯(lián)網(wǎng)觀(guān)察”）