物聯網6類技術無線連線技術的分析

[daodu]物聯網應用已經深入我們生活，方方面面都能出現物聯網專案應用。那麼，物聯網無線連線技術有哪些呢?本文以6類無線技術為例，深刻分析各類優缺點。[/daodu]

[yiji]1. 乙太網[/yiji]

乙太網(Ethernet)是一種區域網通訊技術， IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了乙太網的技術標準，它規定了包括物理層的連線、電子訊號和介質訪問層協議的內容。 乙太網使用雙絞線作為傳輸媒介，在沒有中繼的情況下，最遠可以覆蓋200米的範圍。最普及的乙太網型別資料傳輸速率為100Mb/s，更新的標準則支援1KMb/s和10KMb/s的速率。

乙太網技術的最大優點是它是目前應用最普遍的區域網技術，已經逐步取代了其他區域網標準如令牌環、FDDI和ARCNET等。現在我們熟悉的網際網路就是指所有這些大大小小的區域網連線在一起以後，形成的覆蓋全球的網路。

[yiji]2. 串列埠通訊技術[/yiji]

串列埠(Serial port)是一種非常通用的用於裝置之間通訊的介面，也廣泛用於裝置以及儀器儀表之間的通訊。常見的串列埠有RS-232(使用 25 針或 9 針聯結器)和工業電腦應用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。

串列埠通訊使用序列方式進行通訊，即串列埠按位(bit)傳送和接收位元組序列，典型地，串列埠用於ASCII碼字元的傳輸。串列埠通訊使用3根線完成：地線，傳送和接收。串列埠通訊可以在使用傳送線傳送資料的同時用接受線接收資料，它很簡單並且能夠實現較遠距離的通訊，其通訊長度可達1200米。

(1) 優點

串列埠通訊的最大有點就是普及率高，串列埠至今PC電腦還是標配，通常為了方便連線印表機，大部分的工業裝置都有串列埠，那些沒有串列埠的裝置，在其開發時，常見方法也是通過串列埠連線到進行開發的電腦上的，因此串列埠是裝置進行通訊的最簡單最容易的方法。

另外值得一提的是，如果不考慮連線串列埠的線纜，串列埠通訊的成本非常低。

(2) 缺點

串列埠通訊的組網能力差，雖然通常情況比無線穩定，但是在工業環境中，也容易受到線纜所處環境的電磁影響出現通訊不穩定，甚至串列埠燒壞的情況。串列埠的通訊速度乙太網比起來還是有很大差距，一般來講，只適合低速率和小資料量的通訊。

[yiji]3. Modbus[/yiji]

同前面幾種通訊技術不一樣，通常認為Modbus只是使用序列方式進行通訊的應用層協議標準，它並不包含電氣方面的規範。Modbus最初是Modicon於1979年為使用可程式設計邏輯控制器(PLC)通訊而發表的，後來衍生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三種模式，前兩種所用的物理介面是上面介紹的串列埠，後一種使用Ethernet介面。

隨著PLC在工業領域的廣泛應用，Modbus也成為工業領域最受歡迎的通訊協議，它採用主/從(Master/Slave)方式通訊，即一對多的方式連線，一個主控制器最多可以支援247個從屬控制器。

(1) 優點

Modbus的主要優點有：

標準化、開放，免費使用，無許可證費，無需智慧財產權授權。

支援多種電氣介面，如串列埠和Ethernet介面等，支援多種傳輸介質，如雙絞線、光纖、無線等。

Modbus協議的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。易開發，易用。

(2) 缺點

Modbus主要存在以下問題：

組網能力差，只有主從方式通訊

網路規模有限，從屬控制器數量限制了網路規模

安全性差，無認證、無許可權管理，明文傳輸使得它在非受控環境下是非常有風險的

[yiji]4. GPRS[/yiji]

GPRS是通用分組無線電服務*(General Packet Radio Service)的縮寫，GPRS是終端和通訊基站之間的一種遠端通訊技術。

無線電服務最早採用模擬通訊技術，被成為第一代行動通訊技術，後來採用數字通訊技術，稱為第二代行動通訊技術，其中全球移動通訊系統(Global System for Mobile Communications)，即GSM的應用最廣泛最為成功。GSM主要是為了傳輸話音設計的，話音在傳輸時，獨佔一個頻道。

GPRS可說是GSM的延續，它以封包方式來傳輸資料，不獨佔頻道，因此可以較好利用GSM上空閒的頻道資源。GPRS的傳輸速率可達到56~114Kbps。使用者使用該項資料業務，可以連線到電信運營商的通訊基站，進而連線到網際網路，獲取網際網路資訊。GPRS由歐洲電信標準委員會(ETSI)推出，後來移交給第三代合作伙伴計劃(3rd Generation Partnership Project)即3GPP負責。

(1) 優點

由於GSM的網路訊號覆蓋範圍很廣，實際上可以使用GPRS業務的地域也很廣，這是GPRS技術的主要優點。

其次，GPRS終端可以在訊號覆蓋範圍內自由地漫遊，開發商無需在開發任何其他通訊裝置(由運營商負責)，使用者使用方便。

最後，由於行動通訊終端的普及，其成本已經大大降低，因此在物聯網中採用GPRS通訊技術，其硬體成本相比Wi-Fi或者ZigBee都有較大的優勢。

(2) 缺點

GPRS終端在通訊時要使用電信運營商的基礎設施，因此需要繳納一定的費用，即資料流量費，這個服務費用限制了大量裝置連線到網路。

GPRS的速率較低，是另外一個問題。

GPRS通訊質量受訊號強弱影響較大，無訊號覆蓋或者較弱的地方通訊效果很差，可能影響業務的完成。

[yiji]5. NFC[/yiji]

NFC，Near-field communication，中文常翻譯為近場通訊。NFC是一種短距高頻的無線電技術，屬於RFID技術的一種，工作頻率在13.56MHz，有效工作距離在20cm以內。其傳輸速度有106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s三種。通過卡、讀卡器以及點對點三種業務模式進行資料讀取與交換。

NFC最早是於2002年由飛利浦半導體、諾基亞和索尼共同研發。2004年，NFC論壇成立，致力於近場通訊技術的標準化和推廣。

(1) 優點

NFC通訊距離非常短，但因此通訊保密性好。

NFC卡無功耗，讀卡器功耗也較低，可以適用於很多無功耗，或者低功耗的應用場景中。

NFC方案的成本較低，尤其是NFC卡成本非常低，特別適合覆蓋大量非智慧物體。

NFC通訊技術目前在移動支付和消費類電子等方面有廣泛的應用。例如很多手機都已經支援NFC應用，公交卡這類的小額支付系統都是使用的NFC技術。

(2) 缺點

NFC沒有其他無線通訊那種無線訊號被竊聽的風險，但是其NFC卡過於簡單以及被動式響應的設計也是不安全的因素。見到報導的風險例如：即NFC銀行卡內的交易資訊，很容易被其他讀卡器，甚至智慧手機讀取。

另外，如通訊距離短，通訊速率低，也是它的缺點，這限制了NFC只適合特定的某些物聯網應用。

[yiji]6. LoRa[/yiji]

LoRa來源於Long Range這個單詞，是一種長距離通訊的通訊技術。LoRa技術基於線性Chirp擴頻調製，延續了移頻鍵控調製的低功耗特性，但是大大增加了通訊範圍。 Chirp擴頻調製有長距離傳輸以及很好的抗干擾性，已經在軍事和航天通訊方面應用多年。極端情況下，LoRa的單個閘道器或者基站可以覆蓋整個城市或者幾十公里。

LoRa技術應用典型場景包括：超長電池壽命(幾年)，節點之間長距離通訊，低速率(如每小時只要傳遞幾次資料)。和NB-IoT技術一樣，也可以犧牲低功耗指標來提高速率。