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通信協(xié)議是指系統(tǒng)實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不同地理位置的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),，要使這個系統(tǒng)內(nèi)的模塊或傳感器其能協(xié)同工作實現(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(xiàn)信息內(nèi)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(guī)則。這個規(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、點對點）等等,?？梢詫oRa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)盟推動的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議,，針對低成本、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,，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)建的是一個運營商級的大網(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較早地部署LoRaWAN網(wǎng)絡(luò),，改變原有或創(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,。用一個或幾個SX127x做一個小“網(wǎng)關(guān)”或“集中器”,，無線連接上百個的SX127x，組建一個小的星型網(wǎng)絡(luò),，通過自己的LoRa私有通信協(xié)議,，就可以實現(xiàn)一個簡單的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，實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)的傳輸,，應(yīng)用相對簡單,。
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個引腳(DB-9)或是25個引腳(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：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，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(nèi)的通信,。 RS232不能實現(xiàn)多機通信,。
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：-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，RS485的最長傳輸距離可達(dá)1200米,，但在實際應(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信號進(jìn)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(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可以實現(xiàn)多機通信。
原因：RS485為半雙工通信方式,，即分時實現(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1為主機，2和3為從機,，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個字符或更長。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組,，而接收方從不知道它們會在什么時候到達(dá),。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(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頻（DSSS）技術(shù),。
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(diào)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(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),、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的會聚,、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）消費性電子設(shè)備：電視,、DVD,、CD機等電器的遠(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)下的各電信運營商采用的制式,、協(xié)議,，在這里就不再多為電信運營商和大設(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)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線網(wǎng)絡(luò)平臺,，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),，每一個網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴展,。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米,、幾公里，并且支持無限擴展（依靠節(jié)點數(shù)增加）,。與移動通信的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,，價格低的特點；而移動通信網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)“基站”（節(jié)點）卻不到1000元人民幣。
3.1.2 技術(shù)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(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:
(1)低功耗(2)成本低(3)時延短(4)網(wǎng)絡(luò)容量大(5)可靠(6)安全,。