基于RFID技术的物联网的通信协议

　　物联网可以说是当今时代智能生活下的标准产物，它结合了当今多种高端技术，为我们的生活提供了极大的便利。凡是行业都要有行业标准和规范，物联网同样如此，我们今天将详细介绍物联网通信协议的入网协议。
 

 

　　一、概述：

 

　　应用层、网络层/传输层、物理层/数据链路层、设备层

 

　　接入协议一般负责子网内设备间的组网及通信。

 

　　二、近距离通信协议：

 

　　2.1、RFID

 

　　1、RFID简介

 

　　RFID的空中接口通信协议规范基本决定了RFID的工作类型，RFID读写器和相应类型RFID标签之间的通讯规则，包括：频率、调制、位编码及命令集。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议。

 

　　【1】ISO/IEC18000-1

 

　　【2】ISO/IEC18000-2

 

　　【3】ISO/IEC18000-3

 

　　【4】ISO/IEC18000-4

 

　　【5】ISO/IEC18000-6

 

　　【6】ISO/IEC18000-7

 

　　另外三种RFID协议：

 

　　【7】ISO/IEC14443：识别卡、无触点集成电路卡、临近卡

 

　　【8】ISO14443TypeA：门禁卡、公交卡和小额储值消费卡

 

　　【9】ISO14443TypeB：身份证、护照、银联卡

 

　　2.2、NFC

 

　　1、NFC简介

 

　　近距离无线通信NFC是NearFieldCommunication缩写，即近距离无线通讯技术，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输(在10厘米内)交换数据。

 

　　2、NFC技术原理

 

　　【1】在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制(loadmodulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。移动设备主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗，并延长电池寿命。电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备，而不是发起设备。

 

　　【2】在主动模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。这是对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。

 

　　3、NFC应用

 

　　【1】接触通过(TouchandGo)：门禁管制、车票和门票等

 

　　【2】接触确认(TouchandConfirm)：移动支付

 

　　【3】接触连接(TouchandConnect)：下载音乐、图片互传和同步交换通讯簿等

 

　　【4】接触浏览(TouchandExplore)：通过浏览一个NFC设备，了解提供的是何种功能和服务。

 

　　2.3、Bluetooth

 

　　1、蓝牙技术的规范及特点

 

　　蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科学、医学)频段，标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz频带，带宽为1Mb/s。

 

　　2、蓝牙版本

 

　　【1】目前蓝牙发展到了蓝牙5.0，版本如下：

 

　　版本1.1、版本1.2、版本2.0、版本2.1、版本3.0+HS、版本4.0、版本4.1、版本4.2、版本5.0

 

　　【2】蓝牙4.0为蓝牙3.0的升级标准蓝牙4.0最重要的特性是省电，极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池连续工作数年之久。此外，低成本和跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特色，可以用于计步器、心律监视器、智能仪表、传感器物联网等众多领域，大大扩展蓝牙技术的应用范围。

 

　　【3】蓝牙4.1的关键词应当是IOT(全联网)，也就是把所有设备都联网的意思。为了实现这一点，对通讯功能的改进是蓝牙4.1最为重要的改进之一。蓝牙4.1的特点如下：

 

　　《1》批量数据的传输速度

 

　　《2》通过IPV6连接到网络

 

　　《3》简化设备连接

 

　　《4》与4G和平共处

 

　　《5》提供的增强功能：使无线耳机更加适用于政府、医疗及银行等安全至上的应用领域。

 

　　【4】蓝牙4.2：

 

　　2014年12月4日，蓝牙4.2标准颁布，改善了数据传输速度和隐私保护程度，可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。在新的标准下蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可，否则蓝牙信号将无法连接和追踪用户设备。

 

　　【5】蓝牙5.0：

 

　　5.0版本于美国时间2016年6月16日在伦敦正式发布,为现阶段最高级的蓝牙协议标准。蓝牙5.0有以下特点：

 

　　《1》更快的传输速度

 

　　《2》更远的有效距离

 

　　《3》导航功能

 

　　《4》物联网功能

 

　　《5》升级硬件

 

　　《6》更多的传输功能

 

　　《7》更低的功耗

 

　　《8》真正支持无损传输

 

　　【6】蓝牙匹配规则

 

　　两个蓝牙设备在进行通讯前，必须将其匹配在一起，以保证其中一个设备发出的数据信息只会被经过允许的另一个设备所接受。蓝牙技术将设备分为两种：主设备和从设备。

 

　　【7】注意事项

 

　　主设备与主设备之间、主设备与从设备之间，是可以互相匹配在一起的;而从设备与从设备是无法匹配的。例如：蓝牙PC与蓝牙手机可以匹配在一起;蓝牙PC也可以与UD笔匹配在一起;而UD笔与UD笔之间是不能匹配的。在同一时间，蓝牙设备之间仅支持点对点通讯。

 

　　3、蓝牙应用

 

　　蓝牙技术可以应用于日常生活的各个方面，例如，引入蓝牙技术，就可以去掉移动电话与膝上型电脑之间的令人讨厌的连接电缆而而通过无线使其建立通信。

 

　　打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。

 

　　三、远距离蜂窝通信协议：

 

　　1、简介

 

　　远距离蜂窝通信协议主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技术下的各电信运营商采用的制式、协议，在这里就不再多为电信运营商和大设备商们摇旗了。

 

　　四、远距离非蜂窝通信协议：

 

　　4.1、ZigBee技术

 

　　1、ZigBee简介

 

　　ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。

 

　　2、ZigBee技术特点

 

　　ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。

 

　　作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠、安全

 

　　3、ZigBee协议栈

 

　　ZigBee协议栈结构是基于标准OSI七层模型的，包括：高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体接入层和物理层。IEEE802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两者均基于直接序列扩频(DSSS)技术。

 

　　4、ZigBee应用

 

　　【1】家庭和建筑物的自动化控制：照明、空调、窗帘等家具设备的远程控制;

 

　　【2】消费性电子设备：电视、DVD、CD机等电器的远程遥控。

 

　　【3】PC外设：无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等;

 

　　【4】工业控制：使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易;

 

　　【5】医疗设备控制：医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等;

 

　　【6】交互式玩具。

 

　　4.2、LoRa技术

 

　　LoRa™(LongRange，远距离)是一种调制技术，与同类技术相比，提供更远的通信距离。由于LoRa调制是物理层(PHY)，因此也可将其用于不同的协议和不同网络架构(如Mesh、Star、点对点)等等。可以将LoRa概括为以下几种协议：

 

　　【1】LoRaWAN协议

 

　　LoRaWAN协议是由LoRa联盟推动的一种低功耗广域网协议，针对低成本、电池供电的传感器进行了优化，包括不同类别的节点，优化了网络延迟和电池寿命。LoRa联盟标准化了LoRaWAN，以确保不同国家的LoRa网络是可以互操作的。

 

　　【2】CLAA网络协议

 

　　“中国LoRa应用联盟(ChinaLoraApplicationAlliance，简称CLAA)是在LoRaAlliance支持下，由中兴通讯发起，各行业物联网应用创新主体广泛参与、合作共建的技术联盟，旨在共同建立中国LoRa应用合作生态圈，推动LoRa产业链在中国的应用和发展，建设多业务共享、低成本、广覆盖、可运营的LoRa物联网。中兴通讯作为LoRaAlliance(简称LoRa联盟)董事会成员，与LoRa联盟成员一起共同推动LoRa技术在全球低功耗广域网络(LPWAN)建设和产业链的发展。”

 

　　【3】LoRa私有网络协议

 

　　在面向小范围节点数不多的应用中，使用LoRaWAN网关部署网络成本就显得高了。用一个或几个SX127x做一个小“网关”或“集中器”，无线连接上百个的SX127x，组建一个小的星型网络，通过自己的LoRa私有通信协议，就可以实现一个简单的LoRa私有网络，这也是一种比较灵活方式

 

　　【4】LoRa数据透传

 

　　目前市面上LoRa芯片基本上源于美国SEMTECH的SX127x系列，用LoRa做成透传模块，只进行简单的发送和接收，实现点对点数据的传输，应用相对简单。

 

　　六、有线通信协议：

 

　　6.1、USB协议

 

　　1、USB协议的以前版本：

 

　　USB协议规范1.1——支持USB低速和全速规范(12Mbps)

 

　　USB协议规范2.0——支持USB高速协议规范(480Mbps)

 

　　USB协议规范3.0——支持USB超高速协议规范(5Gbps)

 

　　6.2、RS232协议

 

　　1、RS232协议简介：

 

　　RS232是一种异步传输标准接口协议。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。RS232最常用的连接方式是三根线：一条发送线、一条接收线及一条地线。电平信号：逻辑1(MARK)=-3V～-15V，逻辑0(SPACE)=+3～+15V

 

　　6.3、RS485协议

 

　　1、RS232协议简介：

 

　　RS485是RS232升级版的串口协议，一般采用两线制传输：A、B两条传输线。电平信号：-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”，电压为A-B的电压。

 

　　6.4、M-Bus协议

 

　　1、M-Bus协议简介：

 

　　M-Bus是为远程抄表系统数据采集而诞生的。