介绍“物与物”的链接方式和原理，有几种是你没听到过的？

1、无线通讯(数据)传输方式及技术原理

无线通讯是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通讯方式。无线通讯技术自身有不少优势，成本较低，无线通讯技术没必要创建物理线路，更不用大量的人力去铺设电缆，并且无线通讯技术不受工业环境的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通讯的设置与维修，无线网络的维修能够经过远程诊断完成，更加便捷;扩展性强，当网络须要扩展时，无线通讯不须要扩展布线;灵活性强，无线网络不受环境地形等限制，并且在使用环境发生变化时，无线网络只须要作不多的调整，就能适应新环境的要求。

常见的无线通讯(数据)传输方式及技术分为两种：“近距离无线通讯技术”和“远距离无线传输技术”。

1. 近距离无线通讯技术

短(近)距离无线通讯技术是指通讯双方经过无线电波传输数据，而且传输距离在较近的范围内，其应用范围很是普遍。近年来，应用较为普遍及具备较好发展前景的短距离无线通讯标准有：Zig-Bee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通讯(NFC)。

(1) Zig-Bee

Zig-Bee是基于IEEE802.15.4标准而创建的一种短距离、低功耗的无线通讯技术。Zig-Bee来源于蜜蜂群的通讯方式，因为蜜蜂(Bee)是靠飞翔和‘嗡嗡’(Zig)地抖动翅膀的来与同伴肯定食物源的方向、位置和距离等信息，从而构成了蜂群的通讯网络。其特色是距离近，其一般传输距离是10-100m;低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个终端工做6-24个月，甚至更长;其成本，Zig-Bee免协议费，芯片价格便宜;低速率，通Zig-Bee常工做在20-250kbps的较低速率;短时延，Zig-Bee的响应速度较快等。主要适用于家庭和楼宇控制、工业现场自动化控制、农业信息收集与控制、公共场所信息检测与控制、智能型标签等领域，能够嵌入各类设备。

(2) 蓝牙(Bluetooth)

可以在10米的半径范围内实现点对点或一点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可达1Mbps通信介质为频率在2.402GHz到2.480GHz之间的电磁波。蓝牙技术能够普遍应用于局域网络中各种数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等，实现各种设备之间随时随地进行通讯。

蓝牙技术被普遍应用于无线办公环境、汽车工业、信息家电、医疗设备以及学校教育和工厂自动控制等领域，蓝牙目前存在的主要问题是芯片大小和价格较高;抗干扰能力较弱。

(3) 无线宽带(Wi-Fi)

它是一种基于802.11协议的无线局域网接入技术。(Wi-Fi)技术突出的优点在于它有较广的局域网覆盖范围，其覆盖半径可达100米左右，相比于蓝牙技术，(Wi-Fi)覆盖范围较广;传输速度很是快，其传输速度能够达到11mbps(802.11b)或者54mbps(802.11.a)，适合高速数据传输的业务;无须布线，能够不受布线条件的限制，很是适合移动办公用户的须要。在一些人员密集的地方，好比火车站、汽车站、商场、机场、图书馆、校园等地方设置‘热点’，能够经过高速线路将因特网接入上述场所。用户只须要将支持无线网络的终端设备该区域内，便可高速接入因特网;健康安全，具备WiFi功能的产品发射功率不超过100毫瓦，实际发射功率约60-70毫瓦，与手机、手持式对讲机等通信设备相比，WiFi产品的辐射更小。

(4) 超宽带(UWB)

UWB是一种无载波通讯技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，其传输距离一般在10M之内，使用1GHz以上带宽，通讯速度能够达到几百兆bit/s以上，UWB的工做频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工做频宽为500MHz。

其主要特色是：传输速率高;发射功率低，功耗小;保密性强;UWB通讯采用调时序列，可以抗多径衰落;UWB所须要的射频和微波器件不多，能够减少系统的复杂性。因为系UWB统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其余无线通讯系统。UWB主要应用在高分辨率"较小范围"可以穿透墙壁"地面等障碍物的雷达和图像系统中。

这种装置能够用来检查楼房、桥梁、道路等工程的混凝土和沥青结构中的缺陷，以及定位地下电缆及其它管线的故障位置，也可用于疾病诊断。另外，在救援、治安防范、消防及医疗、医学图像处理等领域都大有用途。

(5) NFC

NFC是一种新的近距离无线通讯技术，其工做频率为13.56MHz，由13.56MHz的射频识别(RFID)技术发展而来，它与目前广为流行的非接触智能卡ISO14443所采用的频率相同，这就为全部的消费类电子产品提供了一种方便的通信方式。NFC采用幅移键控(ASK)调制方式，其数据传输速率通常为106kbit/s和424kbit/s三种。NFC的主要优点是：距离近、带宽高、能耗低，与非接触智能卡技术兼容，其在门禁、公交、手机支付等领域有着广阔的应用价值。

NFC的应用情境基本能够分为如下五类：

• A接触-经过，主要应用在会议入场、交通关卡、门禁控制和赛事门票等方面;

• B接触-确认/支付，主要应用在手机钱包、移动和公交付费等方面;

• C接触-链接，这种应用能够实现2个具备NFC功能的设备实现数据的点对点传输;

• D接触-浏览，用户能够经过NFC手机了解和使用系统所能提供的功能和服务;

• E下载-接触，经过具备NFC功能的终端设备，使用GPRS/CDMA网络接收或下载相关信息，用于门禁或支付等功能。

2. 远距离无线传输技术

远距离无线传输技术：目前偏远地区普遍应用的无线通信技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通讯、短波通讯技术等。它主要使用在较为偏远或不宜铺设线路的地区，如：煤矿、海上、有污染或环境较为恶劣地区等。

(1) GPRS/CDMA无线通讯技术：

GPRS(通用无线分组业务)是由中国移动开发运营的一种基于GSM通讯系统的无线分组交换技术，是介于第二代和第三代之间 的技术，一般称为2.5G它是利用‚包交换?概念发展的一种无线传输方式。包交换就将数据封装成许多独立的包，再将这些包一个一个传送出去，形式上有点相似寄包裹，其优点在于有资料须要传送时才会占用频宽，并且是以资料量计价，有效的提升网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据，从而GPRS网络可以方便的和因特网互相链接，相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式，GRRS的分组交换技术具备实时在线"按量计费"高速传输等优势。

CDMA(是码分多址的英文缩写)由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通讯系统，其原理基于扩频技术。

(2) 数传电台通讯：

数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具备前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。数传电台的工做频率大多使用220--240MHz或400--470MHz频段，具备数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优势。数传电台的有效覆盖半径约有几十千米，能够覆盖一个城市或必定的区域。数传电台一般提供标准的RS-232数据接口，可直接与计算机、数据采集器、RTU、PLC、数据终端、GPS接收机、数码相机等链接。已经在各行业取得普遍的应用，在航空航天、铁路、电力、石油、气象、地震等各个行业均有应用，在遥控、遥测、摇信、遥感等SCADA领域也取得了长足的进步和发展。

(3) 扩频微波通讯：

扩频通讯，即扩展频谱通讯技术是指其传输信息所用信号的带宽远大于信息自己带宽的一种通讯技术。最先始用于军事通讯。它传输的基本原理是将所传输的信息用伪随机码序列(扩频码)进行调制，伪随机码的速率远大于传送信息的速率，这时发送信号所占据带宽远大于信息自己所需的带宽实现了频谱扩展，同时发射到空间的无线电功率谱密度也有大幅度的下降。在接收端则采用相同的扩频码进行相关解调并恢复信息数据!其主要特色是：抗噪声能力极强;抗干扰能力极强;抗衰落能力强;抗多径干扰能力强;易于多媒体通讯组网;具备良好的安全通讯能力;不干扰同类的其余系统等，同时具备传输距离远、覆盖面广等特色，特别适合野外联网应用。

(4) 无线网桥：

无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其余固定数字设备之间的远距离(可达50Km)、高速(可达百兆bps)无线组网。扩频微波和无线网桥技术均可以用来传输对带宽要求至关高的视频监控等大数据量信号传输业务。

(5) 卫星通讯：

卫星通讯是指利用人造地球卫星做为中继站来转发无线电信号，从而实如今多个地面站之间进行通讯的一种技术，它是地面微波通讯的继承和发展。卫星通讯系统一般由二部分组成，分别是卫星端、地面端。卫星端在空中，主要用于将地面站发送的信号放大再转发给其它地面站。地面站主要用于对卫星的控制、跟踪以及实现地面通讯系统接入卫星通讯系统。

卫星可分为同步卫星和非同步卫星，同步卫星在空中的运行方向和周期与地球的自转方向及周期相同，从地面的任何位置看，该卫星都是静止不动的;非同步卫星的运行周期大于或小于地球的运行周期，其轨道高度"倾角"形状均可根据须要调整。

卫星通讯的的特色是：覆盖范围广，工做频带宽，通讯质量好，不受地理条件限制，成本与通讯距离无关等。其主要用在国际通讯，国内通讯，军事通讯，移动通讯和广播电视等领域，卫星通讯的主要缺点是通讯具备必定的延迟，好比打卫星电话时，不能当即听到对方回话，主要缘由是卫星通讯的传输距离较长，无线电波在空中传输是有必定延迟的。

(6) 短波通讯：

按照国际无线电咨询委员会的划分，短波是指波长100m——10m，频率为3MHZ-30MHZ的电磁波。短波通讯是指利用短波进行的无线电通讯，又称高频(HF)通讯。短波通讯可分为地波传播和天波传播。地波传播的衰耗随工做频率的升高而递增，在一样的地面条件下，频率越高，衰耗越大。利用地波只适用于近距离通讯，其工做频率通常选在5MHZ如下。地波传播受天气影响小，比较稳定，信道参数基本不随时间变化，故信道可视为恒参信道。天波传播是无线电波经电离层反射来进行远距离通讯的方式，倾斜投射的电磁波经电离层反射后，能够传到几千公里外的地面。天波的传播损耗比地波小得多，经地面与电离层之间屡次反射以后，能够达到极远的地方，所以，利用天波能够进行环球通讯。天波传播因受电离层变化和多径传播的严重影响极不稳定，其信道参数随时间而急剧变化，所以称为变参信道。短波通讯的特色是：建设维护费用低，周期短，设备简单，电路调度容易，抗毁能力强，频段窄，通讯容量小，天波信道信号传输稳定性差等。

2、各类主流无线通信技术之间的比较

当前流行的无线通讯技术有：RFID、GPRS、Bluetooth、Wi-Fi、IrDA 、UWB、Zig-Bee和NFC。

1. RFID

RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器和不少应答器组成。

• 应答器:由天线，耦合元件及芯片组成，通常来讲都是用标签做为应答器，每一个标签具备惟一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

• 阅读器:由天线，耦合元件，芯片组成，读取(有时还能够写入)标签信息的设备，可设计为手持式rfid

• 应用软件系统 :是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。

2. GPRS

以下图为典型GPRS系统结构图，经过监控中心与Internet相连，能够支持一些比较复杂的应用，另外支持的通讯方式比较多，使用户能够随时随地以多种通讯方式来监控实际应用点。该方案还可让监控中心同时和多个GPRS模块通讯，从而监控多个工做现场。

3. Bluetooth

蓝牙系统由无线单元、链路控制器、链路管理器和提供到主机端接口功能的，支持单元组成。

蓝牙无线单元是一个微波跳频扩频通讯系统,数据和话音信息分组在指定时隙,指定跳频频率发送和接收。跳频序列由主设备设备地址决定,采用寻呼和查询方式创建信道链接。链路控制(基带控制)器包括基带数字信号处理的硬件部分并完成基带协议和其它底层链路规程。链路管理器(LM)软件实现链路的创建、验证、链路配置及其协议。链路管理器能够发现其它的链路管理器,并经过链接管理协议LMP创建通讯联系。链路管理器经过链路控制器提供的服务实现上述功能。

4. Wi-Fi

Wi-Fi方案的设计相对其余方案比较简单，仅须要经过MCU控制WIFI模块，经过CAN总线与主板通讯，而后经过WIFI模块传输讯息到Internet。经过链接服务器，而后服务器对数据进行处理。

5. IrDA

红外通信主要有3部分组成：

• 发射器部分：目前已有红外无线数字通讯系统的信息源包括语音、数据、图像等。

• 信道部分：它们的做用是:整形、滤波、视场变换、频段划分等。

• 终端部分：红外无线数字通讯系统终端部分包括光接收部分、采样、滤波、判决、量化、均衡和解码等部分。

6. UWB

UWB(UltraWideband)是一种无载波通讯技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。经过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。

7. Zig-Bee

技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各类电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

8. NFC

与RFID同样，NFC信息也是经过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但二者之间仍是存在很大的区别。首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的通讯的无线链接技术，其传输范围比RFID小。 其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，已经成为获得愈来愈多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC仍是一种近距离链接协议，提供各类设备间轻松、安全、迅速而自动的通讯。与无线世界中的其余链接方式相比，NFC是一种近距离的私密通讯方式。

无线通信主流技术对比表

各类无线通讯技术的适用频段、调制方式、最大做用距离、数据率和应用领域。这些无线通讯技术的做用距离与数据率的关系，数据率越高，做用距离就越短。可用网络技术扩展做用距离而仍然保持数据率。

 

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