以太網(wǎng)/串口/Modbus/GPRS/NFC/LoRa這些物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)深入我們生活，方方面面都能出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目應(yīng)用。那么，物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線連接技術(shù)有哪些呢?本文以6類無(wú)線技術(shù)為例，深刻分析各類優(yōu)缺點(diǎn)。

　　1. 以太網(wǎng)

　　以太網(wǎng)(Ethernet)是一種局域網(wǎng)通信技術(shù)， IEEE組織的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號(hào)和介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議的內(nèi)容。 以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介，在沒(méi)有中繼的情況下，最遠(yuǎn)可以覆蓋200米的范圍。最普及的以太網(wǎng)類型數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，更新的標(biāo)準(zhǔn)則支持1KMb/s和10KMb/s的速率。

　　以太網(wǎng)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是它是目前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)逐步取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如令牌環(huán)、FDDI和ARCNET等。現(xiàn)在我們熟悉的互聯(lián)網(wǎng)就是指所有這些大大小小的局域網(wǎng)連接在一起以后，形成的覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò)。

　　2. 串口通信技術(shù)

　　串口(Serial port)是一種非常通用的用于設(shè)備之間通信的接口，也廣泛用于設(shè)備以及儀器儀表之間的通信。常見(jiàn)的串口有RS-232(使用 25 針或 9 針連接器)和工業(yè)電腦應(yīng)用的半雙工RS-485與全雙工RS-422。

　　串口通信使用串行方式進(jìn)行通信，即串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)序列，典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。串口通信使用3根線完成：地線，發(fā)送和接收。串口通信可以在使用發(fā)送線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用接受線接收數(shù)據(jù)，它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的通信，其通信長(zhǎng)度可達(dá)1200米。

　　(1) 優(yōu)點(diǎn)

　　串口通信的最大有點(diǎn)就是普及率高，串口至今PC電腦還是標(biāo)配，通常為了方便連接打印機(jī)，大部分的工業(yè)設(shè)備都有串口，那些沒(méi)有串口的設(shè)備，在其開(kāi)發(fā)時(shí)，常見(jiàn)方法也是通過(guò)串口連接到進(jìn)行開(kāi)發(fā)的電腦上的，因此串口是設(shè)備進(jìn)行通信的最簡(jiǎn)單最容易的方法。

　　另外值得一提的是，如果不考慮連接串口的線纜，串口通信的成本非常低。

　　(2) 缺點(diǎn)

　　串口通信的組網(wǎng)能力差，雖然通常情況比無(wú)線穩(wěn)定，但是在工業(yè)環(huán)境中，也容易受到線纜所處環(huán)境的電磁影響出現(xiàn)通信不穩(wěn)定，甚至串口燒壞的情況。串口的通信速度以太網(wǎng)比起來(lái)還是有很大差距，一般來(lái)講，只適合低速率和小數(shù)據(jù)量的通信。

　　3. Modbus

　　同前面幾種通信技術(shù)不一樣，通常認(rèn)為Modbus只是使用串行方式進(jìn)行通信的應(yīng)用層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它并不包含電氣方面的規(guī)范。Modbus最初是Modicon于1979年為使用可編程邏輯控制器(PLC)通信而發(fā)表的，后來(lái)衍生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三種模式，前兩種所用的物理接口是上面介紹的串口，后一種使用Ethernet接口。

　　隨著PLC在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，Modbus也成為工業(yè)領(lǐng)域最受歡迎的通信協(xié)議，它采用主/從(Master/Slave)方式通信，即一對(duì)多的方式連接，一個(gè)主控制器最多可以支持247個(gè)從屬控制器。

　　(1) 優(yōu)點(diǎn)

　　Modbus的主要優(yōu)點(diǎn)有：

　　標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放，免費(fèi)使用，無(wú)許可證費(fèi)，無(wú)需知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)。

　　支持多種電氣接口，如串口和Ethernet接口等，支持多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。

　　Modbus協(xié)議的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。易開(kāi)發(fā)，易用。

　　(2) 缺點(diǎn)

　　Modbus主要存在以下問(wèn)題：

　　組網(wǎng)能力差，只有主從方式通信

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有限，從屬控制器數(shù)量限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模

　　安全性差，無(wú)認(rèn)證、無(wú)權(quán)限管理，明文傳輸使得它在非受控環(huán)境下是非常有風(fēng)險(xiǎn)的

　　4. GPRS

　　GPRS是通用分組無(wú)線電服務(wù)*(General Packet Radio Service)的縮寫(xiě)，GPRS是終端和通信基站之間的一種遠(yuǎn)程通信技術(shù)。

　　無(wú)線電服務(wù)最早采用模擬通信技術(shù)，被成為第一代移動(dòng)通信技術(shù)，后來(lái)采用數(shù)字通信技術(shù)，稱為第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其中全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications)，即GSM的應(yīng)用最廣泛最為成功。GSM主要是為了傳輸話音設(shè)計(jì)的，話音在傳輸時(shí)，獨(dú)占一個(gè)頻道。

　　GPRS可說(shuō)是GSM的延續(xù)，它以封包方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，不獨(dú)占頻道，因此可以較好利用GSM上空閑的頻道資源。GPRS的傳輸速率可達(dá)到56~114Kbps。用戶使用該項(xiàng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以連接到電信運(yùn)營(yíng)商的通信基站，進(jìn)而連接到互聯(lián)網(wǎng)，獲取互聯(lián)網(wǎng)信息。GPRS由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(ETSI)推出，后來(lái)移交給第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd GeneraTIon Partnership Project)即3GPP負(fù)責(zé)。

　　(1) 優(yōu)點(diǎn)

　　由于GSM的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋范圍很廣，實(shí)際上可以使用GPRS業(yè)務(wù)的地域也很廣，這是GPRS技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。

　　其次，GPRS終端可以在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)自由地漫游，開(kāi)發(fā)商無(wú)需在開(kāi)發(fā)任何其他通信設(shè)備(由運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé))，用戶使用方便。

　　最后，由于移動(dòng)通信終端的普及，其成本已經(jīng)大大降低，因此在物聯(lián)網(wǎng)中采用GPRS通信技術(shù)，其硬件成本相比Wi-Fi或者ZigBee都有較大的優(yōu)勢(shì)。

　　(2) 缺點(diǎn)

　　GPRS終端在通信時(shí)要使用電信運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)設(shè)施，因此需要繳納一定的費(fèi)用，即數(shù)據(jù)流量費(fèi)，這個(gè)服務(wù)費(fèi)用限制了大量設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。

　　GPRS的速率較低，是另外一個(gè)問(wèn)題。

　　GPRS通信質(zhì)量受信號(hào)強(qiáng)弱影響較大，無(wú)信號(hào)覆蓋或者較弱的地方通信效果很差，可能影響業(yè)務(wù)的完成。

　　5. NFC

　　NFC，Near-field communicaTIon，中文常翻譯為近場(chǎng)通信。NFC是一種短距高頻的無(wú)線電技術(shù)，屬于RFID技術(shù)的一種，工作頻率在13.56MHz，有效工作距離在20cm以內(nèi)。其傳輸速度有106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s三種。通過(guò)卡、讀卡器以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)三種業(yè)務(wù)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與交換。

　　NFC最早是于2002年由飛利浦半導(dǎo)體、諾基亞和索尼共同研發(fā)。2004年，NFC論壇成立，致力于近場(chǎng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣。

　　(1) 優(yōu)點(diǎn)

　　NFC通信距離非常短，但因此通信保密性好。

　　NFC卡無(wú)功耗，讀卡器功耗也較低，可以適用于很多無(wú)功耗，或者低功耗的應(yīng)用場(chǎng)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能物體。

　　NFC通信技術(shù)目前在移動(dòng)支付和消費(fèi)類電子等方面有廣泛的應(yīng)用。例如很多手機(jī)都已經(jīng)支持NFC應(yīng)用，公交卡這類的小額支付系統(tǒng)都是使用的NFC技術(shù)。

　　(2) 缺點(diǎn)

　　NFC沒(méi)有其他無(wú)線通信那種無(wú)線信號(hào)被竊聽(tīng)的風(fēng)險(xiǎn)，但是其NFC卡過(guò)于簡(jiǎn)單以及被動(dòng)式響應(yīng)的設(shè)計(jì)也是不安全的因素。見(jiàn)到報(bào)道的風(fēng)險(xiǎn)例如：即NFC銀行卡內(nèi)的交易信息，很容易被其他讀卡器，甚至智能手機(jī)讀取。

　　另外，如通信距離短，通信速率低，也是它的缺點(diǎn)，這限制了NFC只適合特定的某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　6. LoRa

　　LoRa來(lái)源于Long Range這個(gè)單詞，是一種長(zhǎng)距離通信的通信技術(shù)。LoRa技術(shù)基于線性Chirp擴(kuò)頻調(diào)制，延續(xù)了移頻鍵控調(diào)制的低功耗特性，但是大大增加了通信范圍。 Chirp擴(kuò)頻調(diào)制有長(zhǎng)距離傳輸以及很好的抗干擾性，已經(jīng)在軍事和航天通信方面應(yīng)用多年。極端情況下，LoRa的單個(gè)網(wǎng)關(guān)或者基站可以覆蓋整個(gè)城市或者幾十公里。

　　LoRa技術(shù)應(yīng)用典型場(chǎng)景包括：超長(zhǎng)電池壽命(幾年)，節(jié)點(diǎn)之間長(zhǎng)距離通信，低速率(如每小時(shí)只要傳遞幾次數(shù)據(jù))。和NB-IoT技術(shù)一樣，也可以犧牲低功耗指標(biāo)來(lái)提高速率。