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通信協(xié)議是指系統(tǒng)實(shí)體比如智能照明模塊，調(diào)光器完成通信所必須遵循的規(guī)則和約定。通過通信信道和設(shè)備模塊互連起來的多個(gè)不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，要使這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的模塊或傳感器其能協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)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(gè)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(shí)現(xiàn)信息內(nèi)容的正確共享。交流什么、怎樣交流及何時(shí)交流，都必須遵循某種互相都能接受的規(guī)則。這個(gè)規(guī)則就是通信協(xié)議。今天小編就跟您把物聯(lián)網(wǎng)智能照明控制系統(tǒng)里常見的通訊協(xié)議給您聊聊清楚。
1. LoRa
LoRa (Long Range，遠(yuǎn)距離)是一種調(diào)制技術(shù)，與同類技術(shù)相比，提供更遠(yuǎn)的通信距離。由于LoRa調(diào)制是物理層（PHY），因此也可將其用于不同的協(xié)議和不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如Mesh、Star、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）等等。可以將LoRa概括為以下幾種協(xié)議：
（1）LoRaWAN協(xié)議
（2）CLAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
（3）LoRa私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
（4）LoRa數(shù)據(jù)透傳
LoRa的協(xié)議不同，其產(chǎn)品和業(yè)務(wù)形態(tài)也有所不同。
1.1 LoRaWAN協(xié)議
LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟推動(dòng)的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議，針對(duì)低成本、電池供電的傳感器進(jìn)行了優(yōu)化，包括不同類別的節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)延遲和電池壽命。LoRa聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化了LoRaWAN，以確保不同國家的LoRa網(wǎng)絡(luò)是可以互操作的。
LoRaWAN構(gòu)建的是一個(gè)運(yùn)營商級(jí)的大網(wǎng)，覆蓋地區(qū)乃至全國的網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前已建立起了較為完整的生態(tài)鏈：LoRa芯片→模組→傳感器→基站或網(wǎng)關(guān)→網(wǎng)絡(luò)服務(wù)→應(yīng)用服務(wù)。
在芯片方面，Semtech授權(quán)了多家公司做芯片，如ST、Micorochip、華普等，使得芯片產(chǎn)品更為豐富，一芯多源，產(chǎn)品不再受限于一家供應(yīng)商。未來或許會(huì)有更多的廠家授權(quán)，生產(chǎn)出滿足物聯(lián)網(wǎng)市場多樣化需求的產(chǎn)品來。
在LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)還沒有部署好的時(shí)候，符合LoRaWAN協(xié)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(wǎng)關(guān)或基站的產(chǎn)品搭配一起銷售。部分廠家也開源了終端部分，提供網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分的解決方案。
在LoRaWAN的產(chǎn)品中，多數(shù)廠家是以提供（云）端到（終）端的解決方案為主，包括模組、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的要求不同，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（NS）有的是私有化部署，有的是部署在公有云或第三方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(yè)或市場資源的公司會(huì)較早地部署LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)，改變?cè)谢騽?chuàng)造新的應(yīng)用系統(tǒng)，而低功耗廣域網(wǎng)市場的創(chuàng)新活力也在于此。
1.2 LoRa私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
在面向小范圍節(jié)點(diǎn)數(shù)不多的應(yīng)用中，使用LoRaWAN網(wǎng)關(guān)部署網(wǎng)絡(luò)成本就顯得高了。用一個(gè)或幾個(gè)SX127x做一個(gè)小“網(wǎng)關(guān)”或“集中器”，無線連接上百個(gè)的SX127x，組建一個(gè)小的星型網(wǎng)絡(luò)，通過自己的LoRa私有通信協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的LoRa私有網(wǎng)絡(luò)，這也是一種比較靈活方式。當(dāng)然，協(xié)議也可以是LoRaWAN協(xié)議。
1.3 LoRa數(shù)據(jù)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(jìn)行簡單的發(fā)送和接收，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸，應(yīng)用相對(duì)簡單。
2.1 RS232協(xié)議
RS232是一種異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn) 。RS232最常用的連接方式是三根線：一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。
電平信號(hào)：邏輯1(MARK)=-3V～-15V，邏輯0(SPACE)=+3～+15V
傳輸距離：RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，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(hào)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(hào)同時(shí)變大或變小）等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 RS232不能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。
傳輸速率：RS232的傳輸速率較慢，能夠達(dá)到1Mbps的已經(jīng)比較少。
2.2 RS485協(xié)議
RS485是RS232升級(jí)版的串口協(xié)議，一般采用兩線制傳輸：A、B兩條傳輸線。電平信號(hào)：-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(nèi)都沒有問題。理論上，通信速率在100Kpbs及以下時(shí)，RS485的最長傳輸距離可達(dá)1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x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(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達(dá)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(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)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(dá)50公里的傳播距離。RS485可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。
原因：RS485為半雙工通信方式，即分時(shí)實(shí)現(xiàn)收和發(fā)。總線空閑的狀態(tài)下需要保證狀態(tài)為邏輯1，也就是A-B的電壓符合邏輯1的電平值。假設(shè)此時(shí)1為主機(jī)，2和3為從機(jī)，數(shù)據(jù)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(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。一個(gè)常見的例子是計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)的通信。
波特率計(jì)算：如果設(shè)置波特率為115200,數(shù)據(jù)位為8bit，起始位為1bit，結(jié)束位為1bit，校驗(yàn)位為1bit；那1s鐘不間斷可傳送的字符（1bit起始位+8bit數(shù)據(jù)位+1bit校驗(yàn)位+1bit結(jié)束位，共11bit）為115200/11=10472；10472/1024結(jié)果約為10.227所以速率約為10kB/ps。
3.1 ZigBee協(xié)議棧
ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)OSI七層模型的，包括高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、媒體接入層和物理層 。IEEE 802.15.4定義了兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4GHz物理層和868/915MHz物理層。兩者均基于直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)。
868MHz只有一個(gè)信道，傳輸速率為20kb/s；902MHz～928MHZ頻段有10個(gè)信道，信道間隔為2MHz，傳輸速率為40kb/s。以上這兩個(gè)頻段都采用BPSK調(diào)制。
2.4GHz～2.4835 GHz頻段有16個(gè)信道，信道間隔為5MHz，能夠提供250kb/s的傳輸速率，采用O-QPSK調(diào)制。為了提高傳輸數(shù)據(jù)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(shí)隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手協(xié)議。
應(yīng)用匯聚層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全與鑒權(quán)、多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會(huì)聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。
3.2 應(yīng)用領(lǐng)域
（1）家庭和建筑物的自動(dòng)化控制：照明、空調(diào)、窗簾等家具設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；
（2）消費(fèi)性電子設(shè)備：電視、DVD、CD機(jī)等電器的遠(yuǎn)程遙控。
（3）PC外設(shè)：無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲操縱桿等；
（4）工業(yè)控制：使數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理變得更加容易；
（5） 醫(yī)療設(shè)備控制：醫(yī)療傳感器、病人的緊急呼叫按鈕等；
（6）交互式玩具。
遠(yuǎn)距離蜂窩通信協(xié)議
遠(yuǎn)距離蜂窩通信協(xié)議主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技術(shù)下的各電信運(yùn)營商采用的制式、協(xié)議，在這里就不再多為電信運(yùn)營商和大設(shè)備商們搖旗了。
3 遠(yuǎn)距離非蜂窩通信協(xié)議
3.1 ZigBee
3.1.1 ZigBee簡介
ZigBee這個(gè)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(shù)的命名。
ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展（依靠節(jié)點(diǎn)數(shù)增加）。與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)；而移動(dòng)通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個(gè)基站價(jià)值一般都在幾十萬甚至上百萬元人民幣，而每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)“基站”（節(jié)點(diǎn)）卻不到1000元人民幣。
3.1.2 技術(shù)特點(diǎn)
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(gè)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(nèi),但可以繼續(xù)增加。
作為一種無線通信技術(shù),ZigBee具有如下特點(diǎn):
(1)低功耗(2)成本低(3)時(shí)延短(4)網(wǎng)絡(luò)容量大(5)可靠(6)安全。