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物联简说之万物互联

物联网的一个小目标是要万物互联,即首先将物联起来,至于后续要做什么操作,会根据不同属性的连接来进行。

为什么这样说?我们来回顾一下目前传输层的两种主要连接方式。

按照物理形式来分可以分为两种有线和无线。有线通信是一种通信方式,狭义上现代的有线通信是指有线电信,即利用金属导线、光纤等有形媒质传送信息的方式。光或电信号可以代表声音,文字,图像等。简单说就是有线传输中间必须有一条线,这条线是物理存在的,可见可摸有质感。无线传输(Wireless transmission)是指利用无线技术进行数据传输的一种方式,常见的有wifi/蓝牙/1-5G等无线通信技术。简单说就是它中间那条传输线是微波,肉眼不可见,摸不着。有线好理解,用不同类型的网线、光纤、电力线等来进行数据传输。

光纤通信其最大的特点是通信容量大,速率高,在一根光纤中能传播几百甚至上千路电话,可传实时图像,而且抗电磁干扰性好,通信质量高,使用持续时间长。但成本高,尤其远距离架设施工价格昂贵而且受地形限制。 

电力线载波通信方式比较普遍,最大的优点是不用专门架设通信线路,电力延伸到哪里,通信就可以到那里,投资不算大,但它的缺点,首先可靠性差,第二,通信容量小,这就造成了语音通话质量差,数据传输率低,而且从变电所到调度的通信还需架设音频电缆解决。

这里咱们主要说目前物联网技术中无线传输的方式。

1、RFID(Radio Frequency Identification),即射频识别,俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

RFID由标签(Tag)、解读器(Reader)和天线(Antenna)三个基本要素组成。 RFID技术的基本工作原理并不复杂,标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag ,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签),解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车场和高速公路的不停车收费系统等。从行业上讲,RFID将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。

2、红外技术也是无线通信技术的一种,可以进行无线数据的传输。红外有明显的特点:点对点的传输方式,无线,不能离得太远,要对准方向,不能穿墙与障碍物,几乎无法控制信息传输的进度。802.11物理层标准中,除了使用2.4GHz频率的射频外,还包括了红外的有关标准。IrDA1.0支持最高115.2kbps的通信速率,IrDA1.1支持到4Mbps。该技术基本上已被淘汰,被蓝牙和更新的技术代替。

3、ZigBee是一种短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。ZigBee 的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议,所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化,同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。ZigBee联盟成立于2001年8月,由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成。ZigBee与Bluetooth (蓝牙)、WiFi(无线局域网)同属于2.4GHz频段的IEEE标准网络协议,由于性能定位不同,各自的应用也不同。ZigBee有显著的特点:超低功耗,网络容量大,数据传输可靠,时延短,安全性好,实现成本低。 在ZigBee技术中,采用对称密钥的安全机制,密钥由网络层和应用层根据实际应用需要生成,并对其进行管理、存储、传送和更新等。因此,在未来的物联网中,ZigBee技术显得尤为重要,已在美国的智能家居等物联网领域中得到广泛应用。

4、Bluetooth是1998年5月,东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出的技术标准。作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,蓝牙以低成本的近距离无线连接为基础,为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接,完成数据信息的短程无线传输。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口(Radio Air Interface)及其控制软件的公开标准,使通信和计算机进一步结合,使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,能够在近距离范围内具有互用、互操作的性能(Interoperability)。蓝牙以无线LANs的IEEE802.11标准技术为基础。应用了“Plonkandplay”的概念(有点类似“即插即用”),即任意一个蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备,马上就可以建立联系,而无需用户进行任何设置,因此可以解释成“即连即用”。蓝牙技术有成本低,功耗低、体积小,近距离通信,安全性好的特点。 蓝牙在未来的物联网发展中将得到一定的应用,特别是应用在办公场所、家庭智能家居等环境中。

5、通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS),使用带移动性管理的分组交换模式以及无线接入技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包(Packet)式来传输,因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位来计算,并非使用其整个频道,理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。但GPRS技术不太适合智能家居使用,主要应用在电信网络。

6、Wi-Fi 全称为Wireless Fidelity,又称IEEE 802.11b标准,它最大的优点就是传输的速度较高,可以达到11Mb/s,另外它的有效距离也很长,同时也与已有的各种IEEE 802.11 DSSS(直接序列展频技术,Direct Sequence Spread Spectrum)设备兼容。IEEE 802.11b无线网络规范是在IEEE802.11a网络规范基础之上发展起来的,最高带宽为11Mb/s,在信号较弱或有干扰的情况下,带宽可调整为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s。带宽的自动调整有效地保障了网络的稳定性和可靠性。Wi-Fi无线保真技术与蓝牙技术一样,属于办公室与家庭使用的短距离无线技术,使用频段是2.4GHz附近的频段,该频段目前尚属没用许可的无线频段,可以使用的标准有两个即802.11ay与802.11b,802.11g是802.11b的继承。其主要的特性为:速度快、可靠性高。在开放区域,其通信距离可达305m。在封闭性区域其通信距离为76~122m,方便与现有的有线以太网整合,组网的成本更低。

7、NB-IoT即窄带物联网 (Narrow Band -Internet of Things),是物联网技术的一种,具有低成本、低功耗、广覆盖等特点,定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场,拥有广阔的应用前景。NB-IoT技术包含六大主要应用场景,包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业。而这些场景恰恰是现有移动通信很难的支持的场景。市场研究公司Machina预测,NB-IoT技术未来将覆盖25%的物联网连接。

NB-IoT是3GPP R13阶段LTE的一项重要增强技术,射频带宽可以低至0.18MHz。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE两种标准的融合,平衡了各方利益,并适用于更广泛的部署场景。

物联简单说,简单说物联,下一篇将带来无线通讯在各个领域的应用。

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