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      物聯網智能照明控制系統里常見的通訊協議
        發布時間:2022-07-06 09:52:35   發布人:巨川電氣 (人氣: )
      通信協議是指系統實體比如智能照明模塊,調光器完成通信所必須遵循的規則和約定。通過通信信道和設備模塊互連起來的多個不同地理位置的數據通信系統,要使這個系統內的

             通信協議是指系統實體比如智能照明模塊,調光器完成通信所必須遵循的規則和約定。通過通信信道和設備模塊互連起來的多個不同地理位置的數據通信系統,要使這個系統內的模塊或傳感器其能協同工作實現信息交換和資源共享,它們之間必須具有共同的語言。就好比說話,你說上海話,他說北京話,另一個說閩南語,大家能交流嗎?聽不懂,聽不明白,大家都必須用普通話,才能實現信息內容的正確共享。交流什么、怎樣交流及何時交流,都必須遵循某種互相都能接受的規則。這個規則就是通信協議。今天小編就跟您把物聯網智能照明控制系統里常見的通訊協議給您聊聊清楚。

      1. LoRa

         LoRa (Long Range,遠距離)是一種調制技術,與同類技術相比,提供更遠的通信距離。由于LoRa調制是物理層(PHY),因此也可將其用于不同的協議和不同網絡架構(如Mesh、Star、點對點)等等??梢詫oRa概括為以下幾種協議:

      (1)LoRaWAN協議

      (2)CLAA網絡協議

      (3)LoRa私有網絡協議

      (4)LoRa數據透傳

      LoRa的協議不同,其產品和業務形態也有所不同。

      1.1  LoRaWAN協議

           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,目前已建立起了較為完整的生態鏈:LoRa芯片→模組→傳感器→基站或網關→網絡服務→應用服務。

      在芯片方面,Semtech授權了多家公司做芯片,如ST、Micorochip、華普等,使得芯片產品更為豐富,一芯多源,產品不再受限于一家供應商。未來或許會有更多的廠家授權,生產出滿足物聯網市場多樣化需求的產品來。

      在LoRaWAN網絡還沒有部署好的時候,符合LoRaWAN協議的模組還不能像2G/3G/4G模組等一樣自由銷售。一般地LoRaWAN模組是與網關或基站的產品搭配一起銷售。部分廠家也開源了終端部分,提供網關和網絡服務部分的解決方案。

      在LoRaWAN的產品中,多數廠家是以提供(云)端到(終)端的解決方案為主,包括模組、網關和網絡服務器(Network Server),如NPlink、八月科技、華立、唯傳、門思、未來寬帶等公司。由于對設備數據的要求不同,LoRaWAN網絡服務(NS)有的是私有化部署,有的是部署在公有云或第三方網絡服務器上。

      LoRaWAN目前還基本上是面向toB的市場,還沒有普及到toC市場。一些具有行業或市場資源的公司會較早地部署LoRaWAN網絡,改變原有或創造新的應用系統,而低功耗廣域網市場的創新活力也在于此。

      1.2  LoRa私有網絡協議

           在面向小范圍節點數不多的應用中,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。當然,協議也可以是LoRaWAN協議。

      1.3  LoRa數據透傳

           目前市面上LoRa芯片基本上源于美國SEMTECH的SX127x系列,用LoRa做成透傳模塊,只進行簡單的發送和接收,實現點對點數據的傳輸,應用相對簡單。

      2.1 RS232協議

          RS232是一種異步傳輸標準接口協議。通常RS-232接口以9個引腳(DB-9)或是25個引腳(DB-25)的型態出現 。RS232最常用的連接方式是三根線:一條發送線、一條接收線及一條地線。

      電平信號:邏輯1(MARK)=-3V~-15V,邏輯0(SPACE)=+3~+15V

      傳輸距離:RS-232-C標準規定,驅動器允許有2500pF的電容負載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時,最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小,通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾(兩條傳輸線上的信號同時變大或變?。┑葐栴},因此一般用于20m以內的通信。 RS232不能實現多機通信。

      傳輸速率:RS232的傳輸速率較慢,能夠達到1Mbps的已經比較少。

      2.2  RS485協議

          RS485是RS232升級版的串口協議,一般采用兩線制傳輸:A、B兩條傳輸線。電平信號:-2V~-6V表示“0”,+2V~+6V表示“1”,電壓為A-B的電壓。

      傳輸距離:一般1Km以內都沒有問題。理論上,通信速率在100Kpbs及以下時,RS485的最長傳輸距離可達1200米,但在實際應用中傳輸的距離也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大,最多可以加八個中繼,也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達到9.6公里。如果真需要長距離傳輸,可以采用光纖為傳播介質,收發兩端各加一個光電轉換器,多模光纖的傳輸距離是5~10公里,而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。RS485可以實現多機通信。

      原因:RS485為半雙工通信方式,即分時實現收和發??偩€空閑的狀態下需要保證狀態為邏輯1,也就是A-B的電壓符合邏輯1的電平值。假設此時1為主機,2和3為從機,數據線的連接方式為1,2,3的A連接在一起,1,2,3的B也連接在一起,不存在RS232連接方式的問題。

      異步傳輸(Asynchronous Transmission): 異步傳輸將比特分成小組進行傳送,小組可以是8位的1個字符或更長。發送方可以在任何時刻發送這些比特組,而接收方從不知道它們會在什么時候到達。一個常見的例子是計算機鍵盤與主機的通信。

      波特率計算:如果設置波特率為115200,數據位為8bit,起始位為1bit,結束位為1bit,校驗位為1bit;那1s鐘不間斷可傳送的字符(1bit起始位+8bit數據位+1bit校驗位+1bit結束位,共11bit)為115200/11=10472;10472/1024結果約為10.227所以速率約為10kB/ps。

      3.1 ZigBee協議棧

          ZigBee協議棧結構是基于標準OSI七層模型的,包括高層應用規范、應用匯聚層、網絡層、媒體接入層和物理層 。IEEE 802.15.4定義了兩個物理層標準,分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴頻(DSSS)技術。

      868MHz只有一個信道,傳輸速率為20kb/s;902MHz~928MHZ頻段有10個信道,信道間隔為2MHz,傳輸速率為40kb/s。以上這兩個頻段都采用BPSK調制。

      2.4GHz~2.4835 GHz頻段有16個信道,信道間隔為5MHz,能夠提供250kb/s的傳輸速率,采用O-QPSK調制。為了提高傳輸數據的可靠性,IEEE 802.15.4定義的媒體接入控制(MAC)層采用了CSMA-CA和時隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協議。

      應用匯聚層主要負責把不同的應用映射到ZigBee網絡上,主要包括安全與鑒權、多個業務數據流的會聚、設備發現和業務發現。

      3.2  應用領域

      (1)家庭和建筑物的自動化控制:照明、空調、窗簾等家具設備的遠程控制;

      (2)消費性電子設備:電視、DVD、CD機等電器的遠程遙控。

      (3)PC外設:無線鍵盤、鼠標、游戲操縱桿等;

      (4)工業控制:使數據的自動采集、分析和處理變得更加容易;

      (5) 醫療設備控制:醫療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等;

      (6)交互式玩具。

      遠距離蜂窩通信協議

         遠距離蜂窩通信協議主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技術下的各電信運營商采用的制式、協議,在這里就不再多為電信運營商和大設備商們搖旗了。
      3  遠距離非蜂窩通信協議
      3.1  ZigBee
      3.1.1  ZigBee簡介

          ZigBee這個名字來源于蜂群的通信方式:蜜蜂之間通過跳Zigzag形狀的舞蹈來交互消息,以便共享食物源的方向、位置和距離等信息。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術的命名。

      ZigBee是一種高可靠的無線數傳網絡,類似于CDMA和GSM網絡。ZigBee數傳模塊類似于移動網絡基站。ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線網絡平臺,在整個網絡范圍內,每一個網絡模塊之間可以相互通信,每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里,并且支持無限擴展(依靠節點數增加)。與移動通信的CDMA網或GSM網不同的是,ZigBee網絡主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立,因而,它必須具有簡單,使用方便,工作可靠,價格低的特點;而移動通信網主要是為語音通信而建立,每個基站價值一般都在幾十萬甚至上百萬元人民幣,而每個ZigBee網絡“基站”(節點)卻不到1000元人民幣。

      3.1.2  技術特點
         ZigBee是一種無線連接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率,它的傳輸距離在10-75m的范圍內,但可以繼續增加。

      作為一種無線通信技術,ZigBee具有如下特點:

      (1)低功耗(2)成本低(3)時延短(4)網絡容量大(5)可靠(6)安全。

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