轉戰物聯網·基礎篇12-瞭解物聯網之物連接相關通信技術(1)

一、物連接架構概覽

1、通過一張圖瞭解“物連接”

  物聯網架構上，整體分兩個部分，一個是雲端架構，一個是硬件設備端架構。物聯網，首先要將物體連接起來，這也是硬件端首先要完成的核心任務，這部分我稱之爲“物連接”。下面用一張圖展示一下物連接的架構內容概況：

  硬件設備要想連接到一起，然後再連接到InterNet，需要一個核心設備，那就是網關控制器（簡稱網關）。

2、網關控制器內部功能

  網關控制器通常是負責將硬件設備本地的自組網與InterNet網絡連接到一起，實現可以相互通信的關鍵設備，也是一個硬件設備本地網的核心（也有把連接InterNet部分單獨拉出去做一個小設備稱之爲網關的，這裏暫且按照上圖理解，不影響功能架構的梳理）。

  硬件設備組網協議處理，這是硬件與硬件連接的關鍵部分。如果應用場景中暫時不需要連接到InterNet中，直接在網關控制器這裏實現操控的話，那這個部分就是整個系統組網核心中的核心。這個部分負責裝載及分離設備間的通訊內容，並且統一標準，使設備可以相互溝通。

  組裝/解析信令層協議，這是完成硬件設備間實際要交互的具體內容的部分。之所以稱之爲信令，因爲相互發送的既是一些信息數據，也有控制指令，但是都是以字節形式傳輸的。那麼哪個字節代表什麼，就如同發電報和收電報，這個要系統開發者自己定義。

  連接InterNet的應用層協議處理，這裏與硬件設備組網協議處理部分類似，只不過針對的是連接到雲端，使用的協議標準不同。爲硬件設備與雲端服務器通信統一連接的傳輸標準，使雲端與硬件設備端可以相互通信。使用的技術協議以可以在現有InterNet傳輸並雲端可以適配的爲準。

  InterNet接入，是硬件設備連接雲端的最後一道工序，通常使用的是模組，技術深入一點的項目也會使用芯片集成到網關的PCB中。這部分決定了硬件設備以何種途徑與InterNet連接，從網關控制器到雲端中間途徑的網絡路徑取決於這裏使用的是哪種方案。例如是通過手機基站的4G信號還是通過寬帶的有線網絡等等。

  接下來參考上圖，我們從終端設備開始說起，初步瞭解一下物連接的過程及涉及到的內容（各技術細節這裏不做描述，請看後續文章或網絡搜索瞭解）。

二、硬件設備間組網的物理鏈路形式

1、有線組網

  有線組網，是指設備與設備之間利用金屬導線或光纖等線路媒質傳送數據信息的形式。例如我們家庭常見的網線、電話線、樓房中安裝的門禁信號線等。常用的有線組網形式採用的通信接口有RS232、RS485總線、CAN總線、USB總線、以太網等。

  一般來講，與無線組網比較，優點：可靠性高，穩定性高；缺點：連接受限於傳輸線路媒介，通信距離的長短對成本影響相對很大。

2、有線接口-串口(RS232)

  目前常用的RS232串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25）及TTL三線串口，近距離時(<12m)可用電纜線直接連接標準RS232端口，較遠在考慮轉換成RS485進行傳輸。更遠的就要加中繼設備了。最爲簡單且常用的是三線制接法，即地(GND)、數據接收(RXD)和數據發送(TXD)三腳相連。

  上圖是9芯串口腳位圖及常用的串口連接線、USB轉串口線、串口轉以太網線。

  RS232串口，也稱標準串口，最常用的一種串行通訊接口。傳統的RS-232-C接口標準有22根線，採用標準25芯D型插頭座（DB25），後來使用簡化爲9芯D型插座（DB9），現在應用中25芯插頭座已很少採用。在現在多數應用中，串口也只使用了RXD、TXD、GND三根線。

  我們所說的串口，不僅僅是連接端子和線，還包含電子芯片處理和底層傳輸的封包協議，這是一個綜合概念。

  串口最大的優點就是普及率高，至今電腦主板都保留着串口接口（com1、com2）。嵌入式設備中的單片機，串口也是標配的通信接口。現代電腦標配的USB接口，也可以通過轉換設備實現USB轉串口，提供串口通信。工業設備與上位機（通常指PC電腦）通訊，基本都是預留的串口。但是因抗干擾能力差，所以直接通信記錄非常短，要配合其他技術方案拓展通信距離。

3、有線接口-RS485總線、CAN總線

  RS485總線，實際是對RS232的擴展，解決串口RS232通信距離太近的問題。是物理鏈路層的技術改進，軟件通信協議還是串口標準的協議。主要是通過電平轉換，將串口通信的三根線變成只需要兩根線，通過雙絞線傳輸，提高了抗干擾能力，延長了通信距離。通常最高速率在115200bps左右，在使用高性能芯片和線路較短的情況下，可以更高。

  但是在硬件設備的串口都要接入專用的芯片纔可以，現在RS485的驅動芯片已經非常普及，型號和生產廠家衆多，這裏就不描述了。各設備都置入RS485芯片後（單片機與RS485芯片還是通過串口通信），就可以用雙絞線將所有設備掛接在一起，相當於並聯。但是要一字排開的首尾相接的形式，不要使用星型或三角形等其他方式接入總線（這裏總線其實可以理解就是指雙絞線），否則會使通信距離縮短。

  CAN總線，也是對RS232的擴展，同樣是解決串口RS232通信距離太近的問題，但是又解決了使用RS485只能基於串口實現一主多從的通訊方式的限制。在CAN總線的控制芯片和驅動芯片中，加入了控制邏輯，不像RS485那樣只是電平轉換。CAN總線具有自主仲裁機制，不需要串口通信協議層干預，就可以實現多主多從，一旦遇到總線爭奪現象，會自動裁判誰先誰後。相比RS485總線來說，更先進了一些，通信反應的及時性更強，被廣泛的用戶汽車領域。線路良好的情況下，通信速率最高可達1Mbps。

  CAN總線通常也是通過雙絞線傳輸。所以近幾年應用越來越多，很多單片機也直接集成了CAN總線控制器，例如STM32系列。

4、有線接口-以太網（RJ45接口）

  以太網，現在是大家最常見的一種有線組網方式了。寬帶下面通過網線方式接入的設備，都是以太網的範疇。以太網其實也是通過雙絞線傳輸的，只不過要同時使用2對或4對，常見的標準接口就是RJ45。

  以太網有兩類：
  第一類是經典以太網，是以太網的原始形式，運行速度從3~10 Mbps不等；
  第二類是交換式以太網，使用了一種稱爲交換機的設備連接不同的計算機。是廣泛應用的以太網，可運行在100、1000和10000Mbps的高速率，分別以快速以太網、千兆以太網和萬兆以太網的形式呈現。

  其實物聯網的網關控制器，基本上都是以太網的一個終端設備。

5、無線組網

  無線組網是利用無線電通信技術，進行通信的兩端之間無需有形的媒介連接。例如我們常用的手機通話是在手機與基站（蜂窩）之間通過無線通信方式建立的無線連接，手機上網的WiFi連接、遙控器與電視機之間的遙控操作等。常用的無線組網使用的頻率有433M、915M、2.4G、5G等，還有紅外線、可見光方式的無線通信技術。不同的頻率，發送數據的速率也不相同，實際要看具體應用的芯片模組。

  一般來講，與有線組網比較，優點：無線組網實施自由靈活，終端設備可以移動，不受空間限制，通信距離的長短對成本影響相對較小；缺點：可靠性受環境空間其他電磁波影響，以及傳輸空間內的障礙物影響很大，因此可靠性較低，需要在設計上考慮使用有針對性的解決方案。

  上圖是常見的無線組網用的無線通信模組例圖，給大家一個感性的認識。

三、硬件設備間組網的通信技術與通信協議（1）

1、Modbus

  Modbus是一種串行通信協議（數據按位依次傳輸， 每位數據佔據固定的時間長度），是工業電子設備之間常用的連接方式，已經成爲工業領域通信協議的業界標準。是Modicon公司（今施耐德電氣 Schneider Electric）爲使用PLC通信而於1979年發表。

  Modbus協議的物理鏈路層接口主要有RS232、RS422、RS485和以太網接口，採用主(master) / 從(slave)方式進行通信。多應用於有線組網方式中。Modbus協議有多個分支，主要有RTU、ASCII、TCP三種報文類型。TCP分支是基於以太網TCP/IP的modbus協議：modbusTCP。

  工業中使用較多的是RTU，它是緊湊型的，傳輸量最少，報文以字節（一個八位）爲基本單位進行描述，傳輸層以bit爲最小識別單位。之後的很多應用層通信協議，其實都能看到Modbus協議的影子，理解Modbus協議對理解所有的通信協議都有前置基礎的作用。具體描述後面再發文章或網絡搜索，這裏先概括瞭解。

  重點特性：
  採用一主(master)多從(slave)方式組網通信，是一對多的形式。一個主設備（主控制器）最多可以控制管理大約247個子設備（從屬設備）。

  優點：
  ● 公開發布的標準並免費使用，不需要知識產權授權。
  ● 支持常用的串口，最低使用普通雙絞線即可，易於部署和維護。
  ● 協議格式簡單、緊湊，易於理解。修改比特位和字節沒有太多限制，開發容易，使用簡單。
  ● 緊湊型通信傳輸時間最小化，將抗干擾和對鏈路穩定性的要求將至最低。

  缺點：
  ● 組網數量有限，限制了單網的規模。
  ● 只能採用主/從方式通信，採用輪詢及類輪詢的方式，從設備反應及時性差。
  ● 如果從設備反應時間超過了主設備的輪詢間隔時間，會出現總線通信失敗，開發時需要規避。
  ● 無更高的安全模式，加密需要自己在數據上做處理。

2、KNX

  KNX是Konnex的縮寫。1999年5月，歐洲三大總線協議EIB、BatiBus和EHSA合併成立了Konnex協會，提出了KNX協議。該協議提供了家庭、樓宇自動化的完整解決方案。

  KNX物理傳輸層支持TP1( 雙絞線)、PL110(電力線)、RF(射頻) 和Ethernet(以太網)，所有的總線設備連接到 KNX 傳輸介質上進行信息交換。KNX是基於事件的分佈式總線系統，只有設備有事件發生或需要傳輸信息時纔會發送報文到總線上。報文結構最小識別單位是bit，也屬於緊湊型。

  重點特性：
  KNX是全球性的住宅和樓宇控制標準。KNX總線有三種結構：線形、樹形、和星形的結構 。KNX總線接法是區域總線下面接主幹線，主幹線下面接總線。在電源供給和設備功耗滿足的情況下，一個KNX系統最多允許有15個區域（15條區域總線），每條主幹線最多允許連接15條總線，每條總線最多允許連接64臺設備。

  優點：
  ● 是被正式批准的住宅和樓宇控制領域的開放式國際標準。於2007年被批准爲中國標準GB/Z 20965。
  ● 不僅僅是通信協議，還是一套完整的解決方案。由物理層、數據鏈接層、網絡層、傳輸層和應用層組成，會話層和表示層的功能則併入應用層與傳輸層。
  ● 具備S-Mode (系統模式)、E-Mode (簡單模式)兩種配置模式，適應不同場景。
  ●傳輸介質多樣，包括TP1( 雙絞線)、PL110(電力線)、RF(射頻) 和Ethernet(以太網)。

  缺點：
  ● 傳輸速率偏低（雙絞線最高到9600bits/s），通信速度慢，不適宜對通信速度要求高的場景。
  ● 整個系統搭建配置會用到一些工具軟件，可能會收費。
  ● 硬件成本相對較高。

3、HART

  HART是可尋址遠程傳感器高速通道(Highway Addressable Remote Transducer)的開放通信協議。1985年美國ROSEMOUNT公司推出，用於現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。 HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，現已成爲全球智能儀表的工業標準。

  基於Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度爲0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率爲1.2kbps。由於FSK信號的平均值爲0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。

  HART通信採用的是半雙工的通信方式，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬於模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品。

  它有三類命令，第一類稱爲通用命令，這是所有設備都理解、都執行的命令；第二類稱爲一般行爲命令，所提供的功能可以在許多現場設備（儘管不是全部）中實現，這類命令包括最常用的的現場設備的功能庫；第三類稱爲特殊設備命令，以便於工作在某些設備中實現特殊功能，這類命令既可以在基金會中開放使用，又可以爲開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這三類命令。

  重點特性：
  傳輸介質一般是雙絞線，距離遠時可採用屏蔽雙絞線。通信速率爲1200bps（波特率）；每個字符由11位組成：1位起始位，8位數據位，1位校驗位（奇校驗），1位停止位；最多可有兩個主設備（第一主設備和第二主設備）。這使得可以利用第二主設備，例如手持通信器，而不會對第一主設備，如控制/監測系統的通信造成干擾。HART協議一般僅在做監測運用的時候纔會採用多點連接方式。
  

  優點：
  ● 現對於模擬線路，可實現雙向通信，新類型信息，多變量儀表。
  ● 不受供應商控制，可以自由定義。
  ● 多渠道供應，可互操作性強。

  缺點：
  ● 不是標準意義的總線協議，僅適用於模擬線路向數字系統過渡的應用。
  ● 不能組建複雜網絡，不能用於系統整合。

4、ZigBee

  Zigbee是一種應用於短距離和低速率下的可自組網的無線通信技術，也稱紫蜂。底層是採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體訪問層與物理層。全球通用頻段爲2.4GHz，具有16個信道，傳輸速率爲250kbps。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。

  重點特性：
  低功耗：在低耗電待機模式下，2節5號乾電池可支持1個節點工作6～24個月，甚至更長；
  低速率：ZigBee工作在2.4GHz頻段速率爲250kbps的速率，滿足低速率傳輸數據的應用需求；
  近距離。不增加PA的情況下傳輸範圍一般介於10～100m之間；
  短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需要3～10s、WiFi 需要3 s（藍牙和WiFi也都在進步）；
  高容量。ZigBee可採用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節點管理若干子節點，最多一個主節點可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65000 個節點的大網；
  高安全。ZigBee提供了三級安全模式，包括安全設定、使用訪問控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取數據以及採用高級加密標準(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性；
  免執照頻段。使用工業科學醫療(ISM)頻段，915MHz(美國), 868MHz(歐洲), 2.4GHz(全球)。
  開放協議，可以根據需求修改。但因此會有不同的分支，就不能形成統一的標準，而出現不通廠家設備的兼容問題。

  優點：
  ● ZigBee以其低功耗、高容量、組網容量大、安全性較高。
  ● 支持Mash網絡（無線網格網絡）、可自動組網、自我修復網絡連接。
  ● 採用高效的碰撞避免機制，使數據傳輸更穩定。
  ● 兼容性強，可以連接家庭中的控制網絡，而且不會發生碰撞，能很好地與網絡相融合。

  缺點：
  ●操作實施比較複雜，總成本偏高。
  ●對網外無線電抗干擾性差，因干擾造成通信推遲或失敗的閾值偏低。
  ●佔帶寬的開銷量對信道帶寬要求較高，這影響通訊距離和環境適應性。

5、Z-Wave

  Z-Wave是由丹麥公司Zensys主導的無線組網系統，Z-wave聯盟成員均是已經在智能家居領域有現行產品的廠商，它獲得了幾百家家庭電子公司和品牌的支持，包括華爲、三星智能、ADT、August、LG、芯科科技、英格索蘭和通用電氣。如今市場上有幾千種不同的Z-Wave認證產品，這些產品都是爲互操作而設計的。

  工作頻帶爲908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲)，採用FSK(BFSK/GFSK)調製方式，數據傳輸速率爲9.6 kbps，信號的有效覆蓋範圍在室內是30m，室外可超過100m，適合於窄寬帶應用場合。

  可以說Z-Wave是爲智能家居量身定製的無線網絡系統，被許多智能家居設備使用。智能家居需要一個低功耗、隨時開機的系統，可以從你家的一端連接到另一端。智能照明、供暖和安全設備，以及智能設備和自動化控制器，現行使用的兩個主要標準是Z-Wave和Zigbee。

  每一個Z-Wave網絡都擁有自己獨立的網絡地址(HomeID);網絡內每個節點的地址(NodeID)，由控制節點(Controller)分配。每個網絡最多容納232個節點(Slave)，包括控制節點在內。控制節點可以有多個，但只有一個主控制節點，即所有網絡內節點的分配，都由主控制節點負責，其他控制節點只是轉發主控制節點的命令。已入網的普通節點，所有控制節點都可以控制。超出通信距離的節點，可以通過控制器與受控節點之間的其他節點，以路由(Routing)的方式完成控制。

  重點特性：
  使用Z-Wave技術的所有產品必須經過獨立測試和認證才能協同工作。
  具備一定安全標準的Z-Wave認證，採用128位AES加密和反入侵技術，包括爲了防範黑客和隱私侵犯的先進功能等。
  封閉的協議系統，統一的標準，各廠家生產的設備必須遵守標準才能接入（應用場景可能會打破這個限制）。

  優點：
  ● 低功耗、低輻射，在常住人的智能家居上面更適合使用。
  ● 相比ZigBee具有Mash網絡更長的範圍，。
  ● 抗干擾，因工作頻段不同，與家用WiFi錯開，所以遇到的無線電阻塞現象更少。
  ● 產品兼容性強，不同廠家生產的產品可以兼容相互組網融合。
  ● 安全係數高，難破解，目前很多高檔小區別墅都採用Z-Wave系統。

  缺點：
  ● 容納的節點較少（232個），實際上多數廠商只能做到20-30個。
  ● 自我修復性差，是樹狀組網結構，一旦樹枝上端斷掉，下端的所有設備將無法與網關通信。
  ● 所用的頻段在我國是非民用的，所以Z-Wave的智能家居更多的還是用在海外。
  ● Z-Wave的標準是獨立開發的私有無線標準，不像其他無線標準那樣開放。

6、LoRa

  LoRa是semtech公司創建的低功耗長距離局域網無線標準。LoRa的名字就是遠距離無線電（Long Range Radio），它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現了低功耗和遠距離的統一。

  通常低功耗一般很難覆蓋遠距離，遠距離一般功耗高。LoRa技術是基於線性Chirp擴頻調製，延續了移頻鍵控調製的低功耗特性，但大大增加了通信範圍。 Chirp擴頻調製有長距離傳輸以及很好的抗干擾性。理想情況下，LoRa的單個網關或者基站可以覆蓋整個城市或者幾十公里。

  實際是一種無線電調製技術，LoRa的應用協議有LoraWAN協議、CLAA協議、Lora私有協議等。

  LoRaWAN協議是由LoRa聯盟推動的一種低功耗廣域網協議，針對低成本、電池供電的傳感器進行了優化，包括不同類別的節點，優化了網絡延遲和電池壽命。LoRa聯盟標準化了LoRaWAN，以確保不同國家的LoRa網絡是可以互操作的。
  LoRaWAN構建的是一個運營商級的大網，覆蓋地區乃至全國的網絡。經過幾年的發展，目前已建立起了較爲完整的生態鏈：LoRa芯片->模組->傳感器->基站或網關->網絡服務->應用服務。

  CLAA協議是“中國LoRa應用聯盟(China Lora Application Alliance的簡稱，是在LoRa Alliance支持下，由中興通訊發起，各行業物聯網應用創新主體廣泛參與、合作共建的技術聯盟，旨在共同建立中國LoRa應用合作生態圈，推動LoRa產業鏈在中國的應用和發展，建設多業務共享、低成本、廣覆蓋、可運營的LoRa物聯網。

  LoRa私有協議，就是開發者自己建立的協議標準，在不同應用場景這也有它獨特的優勢。在面向小範圍節點數不多的應用中（或不想兼容特意隔離），使用LoRaWAN網關部署網絡成本就顯得高了。用一個或幾個SX127x做一個小“網關”或“集中器”，無線連接上百個的SX127x，組建一個小的星型網絡，通過自己的LoRa私有通信協議，就可以實現一個簡單的LoRa私有網絡，這也是一種比較靈活方式。

  重點特性：
  傳輸距離：城鎮可達2-5 Km ， 郊區可達15 Km 。
  工作頻率：包括433、868、915 MHz等，近期也出現了2.4GHz版本。
  傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長。
  傳輸封包：不適用於大數據有效負載（建議不要超過100字節），不適用於持續監控。
  組網容量：一個LoRa網關可以連接上千上萬個LoRa節點。
  安全性：AES128加密。

  優點：
  ● 低功耗、長距離是LoRa最突出的優點。
  ● 其接收靈敏度可達到-148dbm，這是很多無電線設備不能達到的，這確保了網絡連接可靠性。
  ● 基於LoRa的網關/集中器支持多信道多數據速率的並行處理，系統容量大。
  ● 基於終端和集中器/網關的系統可以支持測距和定位。

  缺點：
  ● 頻譜干擾，隨着LoRa設備和網絡部署的增多，同類相互之間會出現一定的頻譜干擾。
  ● 技術集中，目前LoRa技術過於集中於semtech。不利於產業的發展。
  ● 新增設施，LoRa在佈設過程中，需要新建信號塔、工業基站甚至是便攜式家庭網關等。
  ● 成本偏高，佔用的帶寬大，易受大功率電臺干擾，抗干擾能力比不上窄帶通信。
  ● 大部分工作在非授權頻段，2.4GHz頻段的成本更高。
  ●不適用於大數據有效負載，不適用於持續監控。

7、Sigfox

  Sigfox興起於法國的Sigfox公司以超窄帶(UNB，Ultra Narrow Band)技術建設物聯網設備專用的無線網絡。超窄帶技術是以降低速率爲代價，獲得了通信距離與功耗上的指標優勢。Sigfox以全球爲營運目標，不斷擴展網絡基地的藍圖，可提供用戶既有的網絡佈署及雲端服務，需要付出額外的月租費，相對LoRa而言，成本較高，但平臺方案完整，不須額外再布建網絡。

  Sigfox與LoRa不同的是，除了是以超窄帶技術實現的低功耗、遠距離的無線電技術之外，還提供一套標準化的解決方案。

  重點特性：
  傳輸距離：城市中約1至3公里，鄉村達10公里，理想條件下達100公里。
  工作頻率：Sub-1GHz頻段（歐洲868兆赫、美國902兆赫）。
  傳輸速率：小於300bps。
  傳輸封包：每個數據包只有12字節，每個終端每天最多隻能傳輸140條網絡消息。
  組網容量：每個基站允許多大100萬個物聯網（IoT）設備終端。

  優點：
  ● 低功耗、更長距離同樣是Sigfox最突出的優點。
  ● 基於Sigfox基站組網，系統容量巨大。
  ● 信道帶寬窄，只有100Hz，因此信道數大增。

  缺點：
  ● 數據包大小及每天傳輸次數均有限制。
  ● Sigfox是由法國同名公司自行開發的專利技術，掌握核心網絡的營運和布建，意圖以獨立營運商的角色，相對封閉。
  ● 需要運營商提供基站設施纔可以通信。

8、WiFi

  WiFi是目前最常見的無線通信技術之一，我們的智能手機大部分時間都使用WiFi聯網方式上網瀏覽使用各種網絡應用。WiFi是一個創建於IEEE 802.11標準的無線局域網技術。Wi-Fi（WiFi）聯盟成立於1999年，當時的名稱叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance（WECA）。在2002年10月，正式改名爲Wi-Fi Alliance，簡稱WiFi。Wi-Fi聯盟致力解決匹配802.11標準的產品的生產和設備兼容性問題，並且擁有Wi-Fi這個品牌。

  2016年WiFi聯盟公佈了802.11ah的WiFi標準—WiFi HaLow。HaLow採用900MHz頻段，低於當前WiFi的2.4GHz和5GHz頻段。更低功耗，同時HaLow的覆蓋範圍可以達到1公里，信號更強，且不容易被幹擾。使得WiFi可以被運用到更多地方如：小尺寸、電池供電的可穿戴設備同時也適用於工業設施內的部署，以及介於兩者之間的應用。這些特點使得WiFi更加順應了物聯網的發展。

  WiFi 聯盟在 2018 年 10 月 4 號公佈了最新的網絡協議新標準 WiFi 6，它的標準代碼爲 802.11ax，2019年正式發佈啓用。這是如今最新的 WiFi 標準，而且此次 WiFi 標準徹底改變了曾經傳統的命名方式，它放棄了 802.11 命名的方案，使用了數字的序號（WiFi6）。從此WiFi也有了通俗易懂的版本號：
  Wi-Fi 1：802.11a（1999）
  Wi-Fi 2：802.11b（1999）
  Wi-Fi 3：802.11g（2003）
  Wi-Fi 4：802.11n（2009）
  Wi-Fi 5：802.11ac（2014）
  Wi-Fi 6：802.11ax（2019）

  重點特性：
  常見的WiFi設備就是無線路由器，類似於是一個短距離的WiFi型號基站。具有更高的速率，WiFi6單臺設備支持的最高網速是1201Mbps。其無線電波覆蓋範圍廣，WiFi半徑則達100米，適宜單位樓層以及辦公室內部運用。

  通常WiFi技術使用2.4GHz和5GHz周圍頻段，但在全球各地的頻率分配和操作限制也不完全相同，造成一些混亂現象。

  優點：
  ● 速度不僅快，而且可靠性高。IEEE802.11a可以達到54mbps，WiFi6則最高有9.6Gbps的併發速率。
  ● 健康安全，IEEE802.11所設定的發射功率不可以超過100毫瓦，實際發射功率大概60～70毫瓦。
  ● 國際標準，通用性強。“Wi-Fi認證”是向後兼容的。
  ●十分普及，成本在不斷下降。

  缺點：
  ● 通信距離有限，穩定性略差（應用層要針對性優化）。
  ● 相對其他無線方案，功耗略顯偏大。
  ● 單個AP難以接入大量用戶同時使用（分時傳輸除外）。

9、藍牙（BlueTooth）

  藍牙技術(BlueTooth)是一種無線數據和語音通信開放的全球規範，它是基於低成本的近距離無線連接，爲固定和移動設備建立通信環境的一種特殊的近距離無線技術連接。現在藍牙技術聯盟（SIG）來負責維護其技術標準，藍牙標準最新版本藍牙5在2016年6月被宣佈。藍牙使用2.4至2.485GHz的ISM頻段來進行通信，通信距離從幾米到幾十米不等。現在的智能手機上通常都有藍牙功能，可以與藍牙耳機、音響等實現無線連接。

  重點特性：
  藍牙技術的工作頻段全球通用，適用於全球範圍內用戶無界限的使用。藍牙技術產品使用方便，利用藍牙設備可以搜索到另外一個藍牙技術產品，迅速建立起兩個設備之間的聯繫，在控制軟件的作用下，可以自動傳輸數據。

  藍牙技術的安全性和抗干擾能力強，由於藍牙技術具有跳頻的功能，有效避免了ISM頻帶遇到干擾源。藍牙技術的兼容性較好，目前，藍牙技術已經能夠發展成爲獨立於操作系統的一項技術，實現了各種操作系統中良好的兼容性能。

  傳輸距離較短：現階段，藍牙技術的主要工作範圍在10米左右，經過增加射頻功率後的藍牙技術可以在100米的範圍進行工作。另外，在藍牙技術連接過程中還可以有效的降低該技術與其他電子產品之間的干擾，從而保證藍牙技術可以正常運行。藍牙技術不僅有較高對傳播質量與效率，同時還具有較高的傳播安全性特點。

  通過調頻擴頻技術進行傳播：藍牙技術在實際應用期間，可以原有的頻點進行劃分、轉化，如果採用一些跳頻速度較快的藍牙技術，那麼整個藍牙系統中的主單元都會通過自動跳頻的形式進行轉換，從而將其以隨機的進行跳頻。

  優點：
  ● 國際通用標準，使用IEEE802.11協議。
  ● 實現方便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數據通信和語音通信。
  ● 低功率，便於電池供電設備工作。
  ● 可以同時管理數據和聲音的傳輸。
  ● 聲音傳輸低延時。
  ●十分普及，低成本而且在不斷下降。

  缺點：
  ● 傳輸距離有限，只適合近距離應用。
  ● 不同設備間協議不兼容。
  ● 需要本地數據記錄,以確保數據不間斷可用。

10、BACnet

  BACnet是用於智能建築的通信協議，是國際標準化組織（ISO）、美國國家標準協會（ANSI）及美國採暖、製冷與空調工程師學會（ASHRAE）定義的通信協議。BACnet針對智能建築及控制系統的應用所設計的通信協議。一般樓宇自控設備從功能上講分爲兩部分：一部分專門處理設備的控制功能；另一部分專門處理設備的數據通信功能。而BACnet就是要建立一種統一的數據通信標準，使得設備可以互操作。BACnet協議只是規定了設備之間通信的規則，並不涉及實現細節。

  重點特性：
  是美國現行的國家標準和ISO國際標準。
  BACnet協議採用面嚮對象的技術，因此具有可擴展性和可複用性。
  ASHRAE的BACnet委員會提出了一種新的描述自動控制系統功能性的方法，稱爲“互操作域（Interoperability Areas）”，其中規定了5個互操作域，分別是：數據共享、報警和事件管理、時序安排、趨勢記錄、設備與網絡管理。

  優點：
  ● 獨立於任何製造商，不需要專門芯片，不屬於某個公司專有，對該標準的開發和使用沒有任何權費的限制。
  ● BACnet中用實例來標識同一種對象，也就意味着同種對象所代表的基本功能單元在BACnet 樓宇自控系統中可以複用並且可以被尋址。每一種對象的實例範圍都是0-4194303，可以使BACnet構成超大的系統。BACnet 用屬性來描述對象的狀態。對象擁有的屬性越多，對象表現出的性能越強。對象的屬 性在網絡上是互相可以識別和訪問的。
  ● BACnet定義了一些服務來對對象的屬性值進行操作，而不是直接對對象進行操 作，這樣就可以把通信和控制分離開來，BACnet 協議只規定和通信有關的行爲，而不去規定具體的樓宇控制行爲，沒有定義控制的實現方式，允許各個廠商保留自己的獨 特性，沒有扼殺各個廠商的創造力。
  ● BACnet 體系對IP網絡也有很好的支持。BACnet 可以無縫的擴展到IP網絡 上。用IP幀接收和發送 BACnet 報文。
  ● 樓控產品可以由不同廠商的產品組成，利於市場競爭；可由衆多的供應商提供服務和維護，降低運營費用；具有很好的可擴展性，利於後期的系統擴容，提供靈活組網方式。

  缺點：
  ● 通信數據量略大（相對與數據透傳），對硬件要求略高。
  ● 實施相對複雜，成本略高。
  ● 國內應用尚少，公開實踐資料不足。

   本節完，待續…