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常用物联网组网技术浅析

       物联网是在计算机互联网的基础上,利用 RFID、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物‘Internet of Things’。物联网将各种信息传感设备,如射频识别装置、激光扫描器、全球定位系统等种种与互联网结合起来而形成一个巨大网络,其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,物品(商品)能够彼此进行‘交流’,而无需人的干预。‘物联网概念’是在‘互联网概念’基础上形成的,其核心仍然是互联网(如图1)。


       什么叫组网技术。所谓组网就是让各个设备之间能相互通讯。比如你的一台手机连接上了你家的路由器,此时手机和路由器之间产生了数据传输,这就是组网。然后你家的路由器通过“猫”和光纤,连接到交换机,这也是组网。将手机、路由器、交换机看作一个整体,他们之间就产生了一个树形组网方式。根据设备节点之间的通讯关系,就会形成各种形状的拓扑图(如图2)。 

       上面这些说的是“组网”概念中的“组”,即设备的连接方式;"组网"概念中的“网”大致上可以分为局域网和广域网。 局域网:比如图1中,你家的3台手机和路由器之间就组成了一个局域网,那么上述的四台设备之间就可以通讯了,但你家的3台设备只在局域网内通讯的应用范围较窄。一个典型的应用就是,在设备之间传输一些巨大的数据时,如果只通过局域网,会非常快捷,设备之间的传输速度基本可以达到硬盘的写入速度或者网卡最大传输速度;还有就是市面上的蓝牙设备,比如蓝牙音箱,可以理解为蓝牙音箱与音源之间进行了局域网组网。广域网:是一种跨地区的数据通讯网络。比如你家的路由器通过上级设备,与其他地区的设备产生了通讯,这就可以理解成一个广域网。 

       局域网与广域网之间并没有严格的区分界限。比如你可以把整个中国的网络当成一个局域网。只不过它比较大而已。所有在中国的联网设备,都可以在这个局域网内进行通讯。
       设备组网最大的意义在于,使设备之间产生数据交换,既然是数据交换,那么肯定会有各种各样的方式。下面我们粗浅地分析一下组网的应用形式。 

       蓝牙技术
      早期的蓝牙技术只支持两个设备之间进行一对一的短距离通讯,且设备有主从之分。但蓝牙具有功耗低,体积小(比如蓝牙耳机)等优点。 目前蓝牙的组网拓扑图有两种形式:微微网和分布式网络。微微网能最多允许八台设备组成一个局域网,其中有一台是主设备,另外七台是从设备(如图3),且由主设备提供时钟和跳频序列。一个简单的应用就是,你的手机通过蓝牙音箱播放音乐,同时还和其它手机进行数据传输。

       或许是为了顺应物联网的趋势,蓝牙4.1标准中加入了对IPv6专用通道联机的支持。原来不能上网的蓝牙设备通过上述的组网方式,连接到蓝牙4.1及以上的设备后,就具备了上网的功能。但就目前的情况而言,蓝牙最广泛的应用还是在一对一的近场通讯中,比如蓝牙耳机、蓝牙鼠标等。
       WIFI无线技术
       同蓝牙技术一样,WIFI技术也是一种短距离无线通讯技术。在物联网方面,WIFI技术的有较广泛的应用。原因在于它组网方式成熟,并且组网距离可达数百米,还具备传输速率快速等特点。对于终端用户而言,只需一台无线路由器,然后根据相应操作要求,就可以使WIFI设备具备上网功能。设备通过路由器连接到广域网之后,那么无论你身在何处,都可以对设备进行远程控制。目前一般的无线智能单品,基本都采用这种方式,比如前段时间很火的智能插座,就是在传统的插座上通过WIFI技术,增加了上网的功能(如图4)。

       不过万事都讲究平衡,由于WIFI技术的组网距离范围广,所以就决定了它的功耗也相对的大。 
       Zigbee技术
       一种短距离、超低功耗的无线通信技术。Zigbee的组网拓扑图一般可以多样,有网状、星型、树状的,并且所有的Zigbee节点都是自主的完成组网而不需要人为操作。蓝牙组网时,两台设备(比如手机和蓝牙耳机)之间要进行配对;WIFI设备组网时,操作比蓝牙还要复杂,但目前已经比较成熟。在一个Zigbee网路中,需要有三种不同类型的设备,分别是协调器、中继器、终端节点(如图5)。 

       当一张Zigbee的网络组件完成后,可以通过在该网络中添加中继器和终端节点,来扩大该网络的覆盖范围。网络中发生数据通讯时,数据从源设备发出后,如果接收设备在通讯范围之内(即两个设备之间的距离较近),那么直接接收数据;如果接收设备与源设备距离较远,则可以通过中继器和终端节点来进行中转,最后数据到达接收设备。
       LoRa技术
       由升特公司(Semech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术,目前,这个技术感觉要一骑绝尘了。LoRa技术同时具备低功耗和远距离组网的特点,其传输距离可达数十公里。基于LoRa技术的普通数据发射器,可以在两节五号电池供电的情况下,向距离一二十公里的接收网关持续发送信息,并能稳定工作10年以上。LoRa的网络中,支持多节点,一般呈星型分布。但RoLa技术有一个缺点就是传输速率低,其数据传输范围只有几百bps到几十Kbps。LoRa应用示意图(如图6)。

【图文来自互联网,昱思创市场部编辑整理】。

昱思创/市场部
2017-06-19

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