介紹「物與物」的鏈接方式和原理，有幾種是你沒聽到過的？

時間 2019-12-11

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1、無線通訊(數據)傳輸方式及技術原理安全

無線通訊是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通訊方式。無線通訊技術自身有不少優勢，成本較低，無線通訊技術沒必要創建物理線路，更不用大量的人力去鋪設電纜，並且無線通訊技術不受工業環境的限制，對抗環境的變化能力較強，故障診斷也較爲容易，相對於傳統的有線通訊的設置與維修，無線網絡的維修能夠經過遠程診斷完成，更加便捷;擴展性強，當網絡須要擴展時，無線通訊不須要擴展布線;靈活性強，無線網絡不受環境地形等限制，並且在使用環境發生變化時，無線網絡只須要作不多的調整，就能適應新環境的要求。服務器

常見的無線通訊(數據)傳輸方式及技術分爲兩種：「近距離無線通訊技術」和「遠距離無線傳輸技術」。網絡

1. 近距離無線通訊技術ide

短(近)距離無線通訊技術是指通訊雙方經過無線電波傳輸數據，而且傳輸距離在較近的範圍內，其應用範圍很是普遍。近年來，應用較爲普遍及具備較好發展前景的短距離無線通訊標準有：Zig-Bee、藍牙(Bluetooth)、無線寬帶(Wi-Fi)、超寬帶(UWB)和近場通訊(NFC)。大數據

(1) Zig-Beeui

Zig-Bee是基於IEEE802.15.4標準而創建的一種短距離、低功耗的無線通訊技術。Zig-Bee來源於蜜蜂羣的通訊方式，因爲蜜蜂(Bee)是靠飛翔和‘嗡嗡’(Zig)地抖動翅膀的來與同伴肯定食物源的方向、位置和距離等信息，從而構成了蜂羣的通訊網絡。其特色是距離近，其一般傳輸距離是10-100m;低功耗，在低耗電待機模式下，2節5號乾電池可支持1個終端工做6-24個月，甚至更長;其成本，Zig-Bee免協議費，芯片價格便宜;低速率，通Zig-Bee常工做在20-250kbps的較低速率;短時延，Zig-Bee的響應速度較快等。主要適用於家庭和樓宇控制、工業現場自動化控制、農業信息收集與控制、公共場所信息檢測與控制、智能型標籤等領域，能夠嵌入各類設備。編碼

(2) 藍牙(Bluetooth)人工智能

可以在10米的半徑範圍內實現點對點或一點對多點的無線數據和聲音傳輸，其數據傳輸帶寬可達1Mbps通信介質爲頻率在2.402GHz到2.480GHz之間的電磁波。藍牙技術能夠普遍應用於局域網絡中各種數據及語音設備，如PC、撥號網絡、筆記本電腦、打印機、傳真機、數碼相機、移動電話和高品質耳機等，實現各種設備之間隨時隨地進行通訊。設計

藍牙技術被普遍應用於無線辦公環境、汽車工業、信息家電、醫療設備以及學校教育和工廠自動控制等領域，藍牙目前存在的主要問題是芯片大小和價格較高;抗干擾能力較弱。3d

(3) 無線寬帶(Wi-Fi)

它是一種基於802.11協議的無線局域網接入技術。(Wi-Fi)技術突出的優點在於它有較廣的局域網覆蓋範圍，其覆蓋半徑可達100米左右，相比於藍牙技術，(Wi-Fi)覆蓋範圍較廣;傳輸速度很是快，其傳輸速度能夠達到11mbps(802.11b)或者54mbps(802.11.a)，適合高速數據傳輸的業務;無須佈線，能夠不受佈線條件的限制，很是適合移動辦公用戶的須要。在一些人員密集的地方，好比火車站、汽車站、商場、機場、圖書館、校園等地方設置‘熱點’，能夠經過高速線路將因特網接入上述場所。用戶只須要將支持無線網絡的終端設備該區域內，便可高速接入因特網;健康安全，具備WiFi功能的產品發射功率不超過100毫瓦，實際發射功率約60-70毫瓦，與手機、手持式對講機等通信設備相比，WiFi產品的輻射更小。

(4) 超寬帶(UWB)

UWB是一種無載波通訊技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈衝傳輸數據，其傳輸距離一般在10M之內，使用1GHz以上帶寬，通訊速度能夠達到幾百兆bit/s以上，UWB的工做頻段範圍從3.1GHz到10.6GHz，最小工做頻寬爲500MHz。

其主要特色是：傳輸速率高;發射功率低，功耗小;保密性強;UWB通訊採用調時序列，可以抗多徑衰落;UWB所須要的射頻和微波器件不多，能夠減少系統的複雜性。因爲系UWB統佔用的帶寬很高，UWB系統可能會干擾現有其餘無線通訊系統。UWB主要應用在高分辨率"較小範圍"可以穿透牆壁"地面等障礙物的雷達和圖像系統中。

這種裝置能夠用來檢查樓房、橋樑、道路等工程的混凝土和瀝青結構中的缺陷，以及定位地下電纜及其它管線的故障位置，也可用於疾病診斷。另外，在救援、治安防範、消防及醫療、醫學圖像處理等領域都大有用途。

(5) NFC

NFC是一種新的近距離無線通訊技術，其工做頻率爲13.56MHz，由13.56MHz的射頻識別(RFID)技術發展而來，它與目前廣爲流行的非接觸智能卡ISO14443所採用的頻率相同，這就爲全部的消費類電子產品提供了一種方便的通信方式。NFC採用幅移鍵控(ASK)調製方式，其數據傳輸速率通常爲106kbit/s和424kbit/s三種。NFC的主要優點是：距離近、帶寬高、能耗低，與非接觸智能卡技術兼容，其在門禁、公交、手機支付等領域有着廣闊的應用價值。

NFC的應用情境基本能夠分爲如下五類：

A接觸-經過，主要應用在會議入場、交通關卡、門禁控制和賽事門票等方面;
B接觸-確認/支付，主要應用在手機錢包、移動和公交付費等方面;
C接觸-鏈接，這種應用能夠實現2個具備NFC功能的設備實現數據的點對點傳輸;
D接觸-瀏覽，用戶能夠經過NFC手機瞭解和使用系統所能提供的功能和服務;
E下載-接觸，經過具備NFC功能的終端設備，使用GPRS/CDMA網絡接收或下載相關信息，用於門禁或支付等功能。

2. 遠距離無線傳輸技術

遠距離無線傳輸技術：目前偏遠地區普遍應用的無線通信技術主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無線網橋及衛星通訊、短波通訊技術等。它主要使用在較爲偏遠或不宜鋪設線路的地區，如：煤礦、海上、有污染或環境較爲惡劣地區等。

(1) GPRS/CDMA無線通訊技術：

GPRS(通用無線分組業務)是由中國移動開發運營的一種基於GSM通訊系統的無線分組交換技術，是介於第二代和第三代之間的技術，一般稱爲2.5G它是利用‚包交換?概念發展的一種無線傳輸方式。包交換就將數據封裝成許多獨立的包，再將這些包一個一個傳送出去，形式上有點相似寄包裹，其優點在於有資料須要傳送時纔會佔用頻寬，並且是以資料量計價，有效的提升網絡的利用率。GPRS網絡同時支持電路型數據和分組交換數據，從而GPRS網絡可以方便的和因特網互相鏈接，相比原來的GSM網絡的電路交換數據傳送方式，GRRS的分組交換技術具備實時在線"按量計費"高速傳輸等優勢。

CDMA(是碼分多址的英文縮寫)由中國電信運行的一種基於碼分技術和多址技術的新的無線通訊系統，其原理基於擴頻技術。

(2) 數傳電臺通訊：

數傳電臺是數字式無線數據傳輸電臺的簡稱。它是採用數字信號處理、數字調製解調、具備前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數據傳輸電臺。數傳電臺的工做頻率大多使用220--240MHz或400--470MHz頻段，具備數話兼容、數據傳輸實時性好、專用數據傳輸通道、一次投資、沒有運行使用費、適用於惡劣環境、穩定性好等優勢。數傳電臺的有效覆蓋半徑約有幾十千米，能夠覆蓋一個城市或必定的區域。數傳電臺一般提供標準的RS-232數據接口，可直接與計算機、數據採集器、RTU、PLC、數據終端、GPS接收機、數碼相機等鏈接。已經在各行業取得普遍的應用，在航空航天、鐵路、電力、石油、氣象、地震等各個行業均有應用，在遙控、遙測、搖信、遙感等SCADA領域也取得了長足的進步和發展。

(3) 擴頻微波通訊：

擴頻通訊，即擴展頻譜通訊技術是指其傳輸信息所用信號的帶寬遠大於信息自己帶寬的一種通訊技術。最先始用於軍事通訊。它傳輸的基本原理是將所傳輸的信息用僞隨機碼序列(擴頻碼)進行調製，僞隨機碼的速率遠大於傳送信息的速率，這時發送信號所佔據帶寬遠大於信息自己所需的帶寬實現了頻譜擴展，同時發射到空間的無線電功率譜密度也有大幅度的下降。在接收端則採用相同的擴頻碼進行相關解調並恢復信息數據!其主要特色是：抗噪聲能力極強;抗干擾能力極強;抗衰落能力強;抗多徑干擾能力強;易於多媒體通訊組網;具備良好的安全通訊能力;不干擾同類的其餘系統等，同時具備傳輸距離遠、覆蓋面廣等特色，特別適合野外聯網應用。

(4) 無線網橋：

無線網橋是無線射頻技術和傳統的有線網橋技術相結合的產物。無線網橋是爲使用無線(微波)進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現LAN互聯的存儲轉發設備，可用於固定數字設備與其餘固定數字設備之間的遠距離(可達50Km)、高速(可達百兆bps)無線組網。擴頻微波和無線網橋技術均可以用來傳輸對帶寬要求至關高的視頻監控等大數據量信號傳輸業務。

(5) 衛星通訊：

衛星通訊是指利用人造地球衛星做爲中繼站來轉發無線電信號，從而實如今多個地面站之間進行通訊的一種技術，它是地面微波通訊的繼承和發展。衛星通訊系統一般由二部分組成，分別是衛星端、地面端。衛星端在空中，主要用於將地面站發送的信號放大再轉發給其它地面站。地面站主要用於對衛星的控制、跟蹤以及實現地面通訊系統接入衛星通訊系統。

衛星可分爲同步衛星和非同步衛星，同步衛星在空中的運行方向和週期與地球的自轉方向及週期相同，從地面的任何位置看，該衛星都是靜止不動的;非同步衛星的運行週期大於或小於地球的運行週期，其軌道高度"傾角"形狀均可根據須要調整。

衛星通訊的的特色是：覆蓋範圍廣，工做頻帶寬，通訊質量好，不受地理條件限制，成本與通訊距離無關等。其主要用在國際通訊，國內通訊，軍事通訊，移動通訊和廣播電視等領域，衛星通訊的主要缺點是通訊具備必定的延遲，好比打衛星電話時，不能當即聽到對方回話，主要緣由是衛星通訊的傳輸距離較長，無線電波在空中傳輸是有必定延遲的。

(6) 短波通訊：

按照國際無線電諮詢委員會的劃分，短波是指波長100m——10m，頻率爲3MHZ-30MHZ的電磁波。短波通訊是指利用短波進行的無線電通訊，又稱高頻(HF)通訊。短波通訊可分爲地波傳播和天波傳播。地波傳播的衰耗隨工做頻率的升高而遞增，在一樣的地面條件下，頻率越高，衰耗越大。利用地波只適用於近距離通訊，其工做頻率通常選在5MHZ如下。地波傳播受天氣影響小，比較穩定，信道參數基本不隨時間變化，故信道可視爲恆參信道。天波傳播是無線電波經電離層反射來進行遠距離通訊的方式，傾斜投射的電磁波經電離層反射後，能夠傳到幾千公里外的地面。天波的傳播損耗比地波小得多，經地面與電離層之間屢次反射以後，能夠達到極遠的地方，所以，利用天波能夠進行環球通訊。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響極不穩定，其信道參數隨時間而急劇變化，所以稱爲變參信道。短波通訊的特色是：建設維護費用低，週期短，設備簡單，電路調度容易，抗毀能力強，頻段窄，通訊容量小，天波信道信號傳輸穩定性差等。

2、各類主流無線通信技術之間的比較

當前流行的無線通訊技術有：RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi、IrDA 、UWB、Zig-Bee和NFC。

1. RFID

RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個基本器件，該系統用於控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器和不少應答器組成。

應答器:由天線，耦合元件及芯片組成，通常來講都是用標籤做爲應答器，每一個標籤具備惟一的電子編碼，附着在物體上標識目標對象。
閱讀器:由天線，耦合元件，芯片組成，讀取(有時還能夠寫入)標籤信息的設備，可設計爲手持式rfid
應用軟件系統 :是應用層軟件，主要是把收集的數據進一步處理，併爲人們所使用。

2. GPRS

以下圖爲典型GPRS系統結構圖，經過監控中心與Internet相連，能夠支持一些比較複雜的應用，另外支持的通訊方式比較多，使用戶能夠隨時隨地以多種通訊方式來監控實際應用點。該方案還可讓監控中心同時和多個GPRS模塊通訊，從而監控多個工做現場。

3. Bluetooth

藍牙系統由無線單元、鏈路控制器、鏈路管理器和提供到主機端接口功能的，支持單元組成。

藍牙無線單元是一個微波跳頻擴頻通訊系統,數據和話音信息分組在指定時隙,指定跳頻頻率發送和接收。跳頻序列由主設備設備地址決定,採用尋呼和查詢方式創建信道鏈接。鏈路控制(基帶控制)器包括基帶數字信號處理的硬件部分並完成基帶協議和其它底層鏈路規程。鏈路管理器(LM)軟件實現鏈路的創建、驗證、鏈路配置及其協議。鏈路管理器能夠發現其它的鏈路管理器,並經過鏈接管理協議LMP創建通訊聯繫。鏈路管理器經過鏈路控制器提供的服務實現上述功能。

4. Wi-Fi

Wi-Fi方案的設計相對其餘方案比較簡單，僅須要經過MCU控制WIFI模塊，經過CAN總線與主板通訊，而後經過WIFI模塊傳輸訊息到Internet。經過鏈接服務器，而後服務器對數據進行處理。

5. IrDA

紅外通信主要有3部分組成：

發射器部分：目前已有紅外無線數字通訊系統的信息源包括語音、數據、圖像等。
信道部分：它們的做用是:整形、濾波、視場變換、頻段劃分等。
終端部分：紅外無線數字通訊系統終端部分包括光接收部分、採樣、濾波、判決、量化、均衡和解碼等部分。

6. UWB

UWB(UltraWideband)是一種無載波通訊技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈衝傳輸數據。經過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的範圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率。

7. Zig-Bee

技術是一種近距離、低複雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各類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。

8. NFC

與RFID同樣，NFC信息也是經過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式傳遞，但二者之間仍是存在很大的區別。首先，NFC是一種提供輕鬆、安全、迅速的通訊的無線鏈接技術，其傳輸範圍比RFID小。其次，NFC與現有非接觸智能卡技術兼容，已經成爲獲得愈來愈多主要廠商支持的正式標準。再次，NFC仍是一種近距離鏈接協議，提供各類設備間輕鬆、安全、迅速而自動的通訊。與無線世界中的其餘鏈接方式相比，NFC是一種近距離的私密通訊方式。

無線通信主流技術對比表

各類無線通訊技術的適用頻段、調製方式、最大做用距離、數據率和應用領域。這些無線通訊技術的做用距離與數據率的關係，數據率越高，做用距離就越短。可用網絡技術擴展做用距離而仍然保持數據率。