物联网通信技术之有线通信技术那些你不知道的事
物联网通讯技术
本文分享自华为云社区《物联网通信技术之有线通信技术那些你不知道的事》,原文作者:爱吃面包的猫。
【摘要】 网络层的通信技术相当于是感知层和平台层连接的媒介。在通信技术当中,大体上它可以分为两大类,一类是无线通信技术,另一类是有线通信技术。首先,我们先来看有线通信技术有哪几种类型,它们区别在哪里呢?
从本文开始,我将带领读者开始物联网网络层的学习。网络层的通信技术相当于是感知层和平台层连接的媒介。通信技术是物联网的基础,如果把物联网比作是物流系统,那么通信技术就相当于 是送快递的各种运输方式,比如空运、水运还有陆运等。在通信技术当中,大体上它可以分为两大类,一类是无线通信技术,另一类是有线通信技术。首先,我们先来看有线通信技术有哪几种类型,它们区别在哪里呢?
以太网
以太网(ETH)简单来说就是用户使用的网线网络。以太网是当前 TCP/IP 主要的局域网技 术,也是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。在物联网领域,以太网除了在办公场 景当中有线接入当中会被使用到之外,主要是在工业上应用的比较多,因为以太网的成本低, 又是 IEEE 的通用标准,所以就改良成了工业以太网。 以太网的核心技术是采用 CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)通信控制机制。CSMA 协议要求站点在发送数据之前先监听信道。如果信道空闲,站点就可以发送数据;如果信道 忙,则站点不能发送数据。但是,如果两个站点都检测到信道是空闲的,并且同时开始传送数 据,那么这几乎会立即导致冲突。另外,站点在监听信道时,听到信道是空闲的,但这并不意 味着信道真的空闲,因为其他站点的数据此时可能正在信道上传送,但由于传播时延,信号还 没有到达正在监听的站点,从而引起对信道状态的错误判断。在早期的 CSMA 传输方式中, 由于信道传播时延的存在,即使通信双方的站点,都没有侦听到载波信号,在发送数据时仍可 能会发生冲突。因为它们可能会在检测到介质空闲时,同时发送数据,致使冲突发生。尽管 CSMA 可以发现冲突,但它并没有先知的冲突检测和阻止功能,致使冲突发生频繁。 所以,可以对 CSMA 协议作进一步的改进,使发送站点在传输过程中仍继续侦听介质,以检 测是否存在冲突。如果两个站点都在某一时间检测到信道是空闲的,并且同时开始传送数据, 则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。如果发生冲突,信道上可以检测到超过发送站点本身 发送的载波信号幅度的电磁波,由此判断出冲突的存在。一旦检测到冲突,发送站点就立即停 止发送,并向总线上发一串阻塞信号,用以通知总线上通信的对方站点,快速地终止被破坏的 帧,可以节省时间和带宽要求站点在发送数据过程中进行冲突检测,而一旦检测到冲突立即停 止发送数据。这样的协议被称为带冲突检测的载波监听多路访问协议。
RS-232 与 RS-485
学习过嵌入式开发的读者可能会比较了解 RS232,图 4-1 即为 RS-232 的接口示意图,很多读 者都会觉得对其似曾相识,这是因为在台式电脑的后面就有这样的接口。RS232 的特点就在 于它主要是支持一对一的通信并且通信的距离是比较短的,只能是不超过 20 米。RS485 就相 当于是 RS232 的一个改良版,到了 RS485,它就支持一对多的传输了,总线上最多允许 128 个收发器。同时传输速率和通讯距离也得到了极大地提升。
RS-232与RS-485的对比
表 4-1 即为 RS-232 与 RS-485 的区别,简单来讲,两者之间的区别在于三点:第一点在于传 输方式不同,RS-232 采取不平衡传输方式,即所谓单端通讯. 而 RS-485 则采用平衡传输, 即差分传输方式。第二点在于传输距离不同,RS-232 适合本地设备之间的通信,传输距离一 般不超过 20m。而 RS-485 的传输距离为几十米到上千米。第三点在于通信数量不同,RS232 只允许一对一通信,而 RS-485 接口在总线上是允许连接多达 128 个收发器。
通信串口总线
在串口通信当中,除了 RS232 和 RS485 之外。还有 USB,USB 又叫通用串行总线,是连接 计算机和其他外部设备的串口总线标准。在 USB 接口出现之前,电脑的接口处于春秋战国时代,串口并口等多方割据,像键盘、鼠标、Modem、打印机、扫描仪等都要连接到不同的接 口上,一个接口只能连接一个设备,不过电脑不可能支持那么多的接口,所以扩展能力不足, 而且速度有限。USB 正是为了解决速度、扩展能力、易用性应景而生的。
正是由于它在生活当中非常常见,所以物联网这项与生活相接轨的技术也同样会广泛使用 USB 来进行数据传输。其中需要着重注意的一点是,USB 根据接口又被分为不同的类型,其 中比较常见的就是图 4-2 中的四种,Type-A,Type-B,Micro-B 和 Type-C。
M-Bus技术
M-Bus,也叫做 Meter Bus。它是一种专门应用于远程抄表业务的总线,比如说在电表,水 表,气表这表具当中的使用比较多,这种技术在国内的抄表业务中并不常见,但是在欧洲却被 广泛使用。这种总线技术有什么样的特点就在于它可以在远程为设备供电,并且不需要布设电 源线,所以说如果家里断电的话,对于这个仪表是不会有影响的。
电力载波 PLC 技术
PLC 又叫 Power Line Communication。这项技术的意思是以在平时使用的电线上附加数据 的方式来进行数据的传输。那么它是怎么操作的呢,首先需要把载有信息的高频信号加载到电 流上,然后经过电线的传输,再在另一端用适配器将高频信号从电流中分离出来,之后再传输 到计算机上以此来实现通信。 但是其实 PLC 这项技术是有缺点的,它只能被使用在电压不发生变化的近端场景当中。这是 因为这项技术的原理是将高频信号加载在电线上,但是当电线上的电压发生变化的时候,电线 上的高频信号就会消失。所以,这项技术只能被应用于电压不会发生变化的近端场景当中。在 抄表业务上,PLC 技术主要应用在抄表终端到管理终端这一块,因为数据再向上传输时,就会 经历变电和输电的步骤,那么因为电压变化后数据就会消失,所以无法在上层继续使用 PLC 技术。数据会先加载到电线上上传到管理终端,管理终端再与基站相连接在通过交换机和服务 器就可以把数据上传到数据库进行操作,这就是使用 PLC 电力抄表的主要流程。
表 4-2 即为上述几种有线通信技术的简要对比,在有线通信技术当中,这些技术基本上是用在 工业上和公共事业会相对多一点。因为在物联网领域,设备相对来说,移动性是比较强的,所 以有线的通信方式应用的场景相对会少一点,更多的还是会用无线通信的方式来进行数据的传输。
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