1.2 物联网通信技术

在物联网中，通信技术起着桥梁作用，将分布在各处的物体联系起来，实现真正意义上的“物联”。通信技术是物联网技术的基础，物联网常用的通信技术分为有线通信技术和无线通信技术两类。本节将对这两类通信技术的特点、适用场景等进行介绍。

1.2.1 有线通信技术

有线通信技术主要有Ethernet、M-BUS、PLC、USB、RS-232、RS-485等，这些技术的特点和适用场景如表1-1所示。

（1）Ethernet是当前局域网中最通用的通信协议标准，其在以太网络中广泛使用。

（2）M-BUS总线又称为户用仪表总线，是一种用于非电力户用仪表数据传输的欧洲总线标准。M-BUS专门为消耗型测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计，在建筑物和工业能源数据采集方面有广泛的应用。

（3）电力线通信（Power Line Communication，PLC）技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术把载有信息的高频信号加载于电流，使用电线传输，接收信息的适配器把高频信号从电流中分离出来并传送到计算机或电话，以实现信息的传递。

（4）通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）是一个外部总线标准，用于规范计算机与外部设备的连接和通信，是应用在计算机领域的接口技术。

（5）RS-232是个人计算机上的通信接口之一，是由电子工业协会制定的异步传输标准接口。RS-232与RS-485的主要区别在传输方式和传输距离两个方面。在传输方式方面，RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信；RS-485则采用平衡传输，即差分传输方式。在传输距离方面，RS-232适合本地设备之间的通信，传输距离一般不超过20米，而RS-485的传输距离为几十米到上千米。此外，RS-232只允许一对一通信，而RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器。

RS-485、M-BUS和PLC是现在物联网常用的通信方式，Ethernet主要用于支持采用以太网标准的智能终端的连接。

1.2.2 无线通信技术

无线通信技术主要有红外通信技术、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、NB-IoT、Z-Wave、SigFox、LoRa、GPRS、3G、LTE(eLTE)，其中部分无线通信技术的介绍如表1-2所示。

（1）红外通信是通过红外线传输数据。红外通信技术不需要线缆连接的特征使该通信方式的保密性很强，其在短距离无线传输工作中有着广泛的应用。

（2）Wi-Fi是一种允许电子设备连接到无线局域网（Wireless LAN，WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。无线局域网通常是有密码保护的，但也可以是开放的，其允许WLAN范围内的任意设备进行连接。Wi-Fi的优点是覆盖范围广、数据传输速率快，缺点是传输安全性和稳定性较差、功耗略高、组网能力差。

（3）蓝牙（Bluetooth）是一种大容量、近距离无线数字通信技术标准，其目标是实现高速数据传输。蓝牙的数据传输速率可达24Mbit/s、典型传输距离为1m~100m，通过提高发射功率，其传输距离可达到100m。蓝牙技术的优点是速率快、功耗低、安全性高，缺点是网络节点少，不适合多点布控。使用蓝牙技术可连接多个设备，解决了数据同步的难题。

（4）ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee的名字来源于蜜蜂的“8字”舞，蜜蜂（Bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（Zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来向同伴传递花粉所在方位的信息的，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee的特点是传输距离近、复杂度低、自组织、功耗低、数据传输速率低，适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

（5）窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）基于蜂窝，是LPWA（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）的一种，其构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽。NB-IoT聚焦于低功耗、广覆盖的物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。它可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本，实现平滑升级。NB-IoT具有覆盖广、连接多、数据传输速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。

（6）Z-Wave是一种新兴的、基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave技术常用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，如抄表、照明、家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-Wave的优点是结构简单、功耗低、成本低、可靠性高，缺点是标准不开放，芯片只能通过Sigma Designs这唯一来源获取。

（7）SigFox网络利用了超窄带UNB技术，传输功耗非常低，却仍然能维持稳定的数据连接。SigFox无线链路使用免授权的工业、科学和医疗（Industrial Scientific Medical，ISM）频段。SigFox网络拓扑可扩展、容量高，能源消耗非常低，同时其基于星型结构的基础设施简单且易于部署。SigFox网络的性能特征是每天每设备最多只能传输140条消息，每条消息12Byte（96bit），无线吞吐量达100bit/s。

（8）LoRa是LPWA通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为用户提供一种简单的、能实现远距离传输的、电池寿命长、通信容量大的系统，进而扩展了传感网络。目前，LoRa主要在全球免费频段上运行。

几种主要无线通信技术的对比如图1-1所示。