物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)連接方式分為有線連接和無(wú)線連接，本文小編將詳細(xì)介紹這兩個(gè)不同連接方式的功能特點(diǎn)。如下圖所示：
以太網(wǎng)接口通信這是目前最常用的局域網(wǎng)組網(wǎng)方式（主要的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.3），通過(guò)集線器、交換機(jī)和路由器構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，利用雙絞線（或者光纖）將這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與主機(jī)連接起來(lái)。圖3顯示了這些連接線和設(shè)備，圖4顯示了典型的以太網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)，以太網(wǎng)連接方案基于IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范。以太網(wǎng)連接方案支持多種傳輸速率，從早期的10 Mbps到現(xiàn)代的10Gbps、40Gbps乃至100Gbps，滿足了不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)傳輸需求。
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通常由集線器、交換機(jī)和路由器等設(shè)備構(gòu)成。這些設(shè)備通過(guò)雙絞線（如Cat5e、Cat6等）或光纖電纜與主機(jī)、服務(wù)器以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連，形成一個(gè)星型或樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。
信號(hào)穩(wěn)定：以太網(wǎng)采用物理線纜傳輸數(shù)據(jù)，信號(hào)質(zhì)量高，穩(wěn)定性強(qiáng)。
傳輸速度快：支持高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足大數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用場(chǎng)景。
廣泛應(yīng)用：在工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
安全性高：數(shù)據(jù)通過(guò)物理線纜傳輸，不易被竊取或干擾，安全性相對(duì)較高。
PoE技術(shù)：以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)允許通過(guò)網(wǎng)線為設(shè)備供電，簡(jiǎn)化了電源管理，降低了布線成本。
圖3 以太網(wǎng)連接設(shè)備：連接線、集線器、交換器、路由器
圖4 典型的以太網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
RS485接口是一種半雙工UART串口通信的工作方式，即任何時(shí)候只有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。RS-485連接方案支持總線型結(jié)構(gòu),總線長(zhǎng)度可達(dá)上千米，節(jié)點(diǎn)數(shù)可以多達(dá)256個(gè)。由于總線結(jié)構(gòu)布線簡(jiǎn)單，因此廣泛應(yīng)用于門(mén)禁對(duì)講、樓宇報(bào)警等網(wǎng)絡(luò)。圖5顯示了兩種典型的RS-485組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
(a) 總線直連 (b) 通過(guò)RS-485集線器連接
圖5 典型的RS-485組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
RS485連接方式是一種差分傳輸?shù)拇型ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)，具有抗噪聲干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。RS485連接方案采用平衡傳輸方式，即兩條信號(hào)線（A和B）上的信號(hào)幅度相等但極性相反，從而有效抑制了共模干擾。
RS485接口支持總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許多個(gè)設(shè)備并聯(lián)在一條總線上進(jìn)行通信。RS485總線連接長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千米（具體取決于傳輸速率和線纜質(zhì)量），節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)數(shù)十個(gè)至上百個(gè)（具體取決于總線驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載能力）。
RS485布線簡(jiǎn)單：采用總線型結(jié)構(gòu)，減少了布線復(fù)雜度。
RS485遠(yuǎn)距離通信：適用于遠(yuǎn)距離、高噪聲環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信。
RS485廣泛應(yīng)用：在門(mén)禁系統(tǒng)、樓宇報(bào)警系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
RS485半雙工通信：在同一時(shí)刻，總線上的設(shè)備只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，不能同時(shí)進(jìn)行。
RS232接口也是一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行通訊，本質(zhì)上它不適合用于組網(wǎng)。RS-232連接方案通常用于PC機(jī)連接外部設(shè)備（比如鼠標(biāo)、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等），但是也有很多電氣設(shè)備通過(guò)RS232與網(wǎng)關(guān)或上位主機(jī)連接起來(lái)。RS232連接方案的傳輸距離較短，速率也低。圖6(a)顯示了一種通過(guò)RS232將一臺(tái)串口掃描器連接到PC機(jī)，進(jìn)而連接到網(wǎng)絡(luò)中的情形；圖6(b)顯示了通過(guò)一個(gè)RS-232-RS-485轉(zhuǎn)換器將RS-485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)連接起來(lái)的情形。
(a) 串口掃描器 (b) 通過(guò)轉(zhuǎn)換器將RS-485總線連接到網(wǎng)絡(luò)
圖6 RS-232連接設(shè)備
RS232總線是一種單端傳輸?shù)拇型ㄐ沤涌跇?biāo)準(zhǔn)，最初用于計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。RS232連接方案采用非平衡傳輸方式，即信號(hào)線上的信號(hào)與地線之間的電位差來(lái)表示數(shù)據(jù)。
RS232接口通常使用DB-9或DB-25連接器，通過(guò)串行通信協(xié)議在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。傳輸距離較短（一般不超過(guò)15米），速率較低（最高可達(dá)20Kbps）。
RS232連接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信：適用于兩個(gè)設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不適合組網(wǎng)。
RS232連接傳輸距離短：受信號(hào)衰減和干擾影響，傳輸距離有限。
RS232連接速率較低：相對(duì)于以太網(wǎng)等高速接口，傳輸速率較低。
RS232連接廣泛應(yīng)用：盡管存在上述限制，但在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景下（如調(diào)試控制臺(tái)、舊式計(jì)算機(jī)接口等）仍有廣泛應(yīng)用。
USB是一種非常便利、廣泛支持的設(shè)備連接接口，在很多場(chǎng)景下，可以替代傳統(tǒng)的串行連接接口。目前越來(lái)越多的設(shè)備支持通過(guò)USB接口來(lái)連接主機(jī)，或者將RS-485或RS-232轉(zhuǎn)換成USB接口（如圖7）。
(a) RS-232轉(zhuǎn)換為USB (b) RS-485轉(zhuǎn)換為USB
圖7 RS-232或RS-485轉(zhuǎn)換為USB接口
USB接口是一種廣泛支持的設(shè)備連接接口標(biāo)準(zhǔn)，旨在簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸。USB連接方案支持熱插拔功能，即用戶可以在不關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源的情況下連接或斷開(kāi)設(shè)備。
USB連接方案可以直接連接計(jì)算機(jī)主機(jī)上的USB端口，也可以通過(guò)USB集線器擴(kuò)展更多的USB端口。此外，還可以將RS-485、RS-232等設(shè)備通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口適配器轉(zhuǎn)換成USB接口進(jìn)行連接。
USB連接便利性強(qiáng)：支持熱插拔功能，用戶無(wú)需重啟計(jì)算機(jī)即可連接或斷開(kāi)設(shè)備。
USB連接傳輸速度快：USB接口支持多種傳輸速率，從USB 1.1的12 Mbps到USB 3.2的10 Gbps不等。
USB連接廣泛應(yīng)用：在計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接中得到廣泛應(yīng)用，如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、攝像頭等。
USB連接兼容性好：USB接口具有良好的兼容性，不同品牌和型號(hào)的設(shè)備之間可以相互連接和通信。
除了以上連接方式之外，還有KNX總線連接和PLC電力線載波連接方案，這些物聯(lián)網(wǎng)連接方式是常見(jiàn)的有線連接方式，該有線連接方案各有特點(diǎn)和適合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。在選擇具體的連接方式時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求、成本預(yù)算、技術(shù)可行性等因素進(jìn)行綜合考慮。
WIFI技術(shù)了無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)（主要的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.11），廣泛應(yīng)用于家庭、商業(yè)和工業(yè)場(chǎng)景中，成為最主流的聯(lián)網(wǎng)方式之一。WIFI模塊為建筑物內(nèi)組網(wǎng)提供了極大的便利，避免了物理布線和施工，同時(shí)WIFI網(wǎng)絡(luò)的范圍可以小到一個(gè)房間的范圍，也可以大到城鎮(zhèn)的級(jí)別，帶寬可從數(shù)十Mbps到數(shù)百M(fèi)bps。在范圍較小的空間，可以用一個(gè)無(wú)線路由器連接所有的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如圖8(a)所示；若碰到墻壁導(dǎo)致信號(hào)較弱，或者范圍略大導(dǎo)致遠(yuǎn)處的信號(hào)較弱，則可以加入信號(hào)放大器或者多個(gè)無(wú)線路由器級(jí)聯(lián)的方式來(lái)組網(wǎng)。在范圍較大的空間，比如跨樓層的辦公空間，則可以采用AC(Access Controller)+APs(Access Points)的方式來(lái)組建無(wú)線局域網(wǎng)，如圖8(b)所示，這些AP通過(guò)有線方式連接起來(lái)，從而空間上不受無(wú)線傳輸距離的影響，而用戶的無(wú)線連接可以在整個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行漫游。
(a) 無(wú)線路由器組建WIFI網(wǎng)絡(luò) (b) AC+APs的方式來(lái)組建無(wú)線局域網(wǎng)圖8 WIFI網(wǎng)絡(luò)兩種結(jié)構(gòu)
藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離（通常小于10米）的無(wú)線通信技術(shù)，通常用于筆記本電腦、智能手機(jī)、車載系統(tǒng)、無(wú)線耳機(jī)，以及各種穿戴設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)是：短距離、低功耗、低速率，適合在小范圍構(gòu)建起個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN, Personal Area Network）。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz非授權(quán)頻段，使用IEEE 802.11協(xié)議。除了在個(gè)人穿戴和消費(fèi)電子設(shè)備上廣泛使用以外，藍(lán)牙技術(shù)也被用于工業(yè)、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域，提供設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和診斷的便利。然而，藍(lán)牙技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中也碰到了很多問(wèn)題，包括耗電、傳輸安全、連接繁瑣等，隨著藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展到4.0版本（2012年），這些問(wèn)題都已經(jīng)得到了極大改善，目前應(yīng)用非常普及了。藍(lán)牙設(shè)備通常不能直接連接互聯(lián)網(wǎng)，但是可以借助于其他設(shè)備連接互聯(lián)網(wǎng)。譬如，手環(huán)、手表通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)（同時(shí)最多連7個(gè)），如圖9(a)；或者多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，如圖9(b)。藍(lán)牙5.0支持藍(lán)牙Mesh，以網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)，適合于在藍(lán)牙設(shè)備密集的場(chǎng)景中進(jìn)行組網(wǎng)，比如利用室內(nèi)照明節(jié)點(diǎn)構(gòu)建藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，其他藍(lán)牙設(shè)備加入到該網(wǎng)絡(luò)中，如圖9(c)所示。
(a) 個(gè)人區(qū)域網(wǎng) (b) 通過(guò)藍(lán)牙路由器聯(lián)網(wǎng) (c) 藍(lán)牙Mesh圖9 藍(lán)牙組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
LPWAN(Low Power Wide Area Network, 低功耗廣域網(wǎng))，適合廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端連接互聯(lián)網(wǎng)，典型有兩種技術(shù)：NB-IoT窄帶傳輸技術(shù)、LoRa技術(shù)。
NB-IoT技術(shù)是一種利用移動(dòng)基站進(jìn)行通信的窄帶低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它使用了授權(quán)的頻段，可直接部署于現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上，需要運(yùn)營(yíng)商提供服務(wù)和支持。NB-IoT針對(duì)低功耗的、廣域范圍的、傳輸數(shù)據(jù)量小且更新頻率也不高的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，適合于像路燈、停車、共享單車、物流集裝箱、空氣監(jiān)測(cè)儀等各種戶外場(chǎng)景。圖10(a)顯示了典型的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
LoRa技術(shù)是另一種與NB-IoT競(jìng)爭(zhēng)的窄帶通信技術(shù)，LoRa技術(shù)使用了非授權(quán)頻段。LoRa在組網(wǎng)的時(shí)候，不需要運(yùn)營(yíng)商的支持，終端設(shè)備通過(guò)LoRa網(wǎng)關(guān)與局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)連接。LoRa可以用于企業(yè)建立廣域的私有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，連接企業(yè)場(chǎng)景中的各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的距離可以達(dá)到2公里至10公里以上。圖10(b)顯示了LoRa網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
(a) NB-IoT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (b) LoRa網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
圖10 兩種LPWAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
zigbee技術(shù)是一種短距離（10米至近百米）的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適合在室內(nèi)環(huán)境連接終端設(shè)備。Zigbee網(wǎng)絡(luò)的下層協(xié)議遵從IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，上層協(xié)議由Zigbee組織定義規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了傳輸安全性，以及應(yīng)用層對(duì)節(jié)點(diǎn)之間通信的需求。Zigbee組網(wǎng)成本低，通過(guò)一個(gè)協(xié)調(diào)器構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，終端設(shè)備要么直接跟協(xié)調(diào)器通信，要么通過(guò)其他設(shè)備接力的方式，間接地通過(guò)協(xié)調(diào)器連接網(wǎng)絡(luò)。Zigbee模塊目前主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、倉(cāng)儲(chǔ)與物流、智能家居等包含較多聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的場(chǎng)景。圖11顯示了Zigbee的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，智能燈、溫度計(jì)、空氣檢測(cè)儀是Zigbee終端設(shè)備，有的設(shè)備通過(guò)Zigbee中繼器連接到網(wǎng)絡(luò)中，最終通過(guò)Zigbee協(xié)調(diào)器與互聯(lián)網(wǎng)連接。
圖11 Zigbee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
DALI(Digital Addressable Lighting Interface) 是智能照明領(lǐng)域的一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。DALI用于將照明設(shè)備連接起來(lái)，每條DALI總線可以連接64個(gè)照明或開(kāi)關(guān)設(shè)備，長(zhǎng)度可以達(dá)到300米。DALI標(biāo)準(zhǔn)定義了設(shè)備之間的通信語(yǔ)言：開(kāi)、關(guān)、調(diào)節(jié)燈光等。DALI控制器作為網(wǎng)關(guān)，可以連接到RS-232、RS-485、以太網(wǎng)，或者直接連接到無(wú)線WIFI或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。圖12顯示了一個(gè)典型的DALI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
圖12 DALI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)通過(guò)衛(wèi)星來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)是一種在特殊條件下比較便捷的方式，比如在飛機(jī)上、偏遠(yuǎn)山區(qū)或者大海上。通訊衛(wèi)星通過(guò)地面站與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，衛(wèi)星手機(jī)或者地面接收站點(diǎn)通過(guò)衛(wèi)星天線連接通訊衛(wèi)星，進(jìn)而連接互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。除了數(shù)據(jù)通信，當(dāng)前主流的戶外定位也通過(guò)衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)，譬如我們常用的GPS定位，以及北斗衛(wèi)星定位。
圖13 通過(guò)衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)
以上列舉的是一些主流的聯(lián)網(wǎng)方式，通過(guò)各種形式將設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中，通常連接到IP網(wǎng)絡(luò)，成為局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)的一部分。我們可以看到，網(wǎng)關(guān)是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，它們可以將獨(dú)立組織的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)。市場(chǎng)上有一種專門(mén)的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備（也稱為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)），它們能夠適應(yīng)大多數(shù)常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方式，將不同連接方式的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組織成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。圖14是一個(gè)典型的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它可以將RS-485、以太網(wǎng)、WIFI、Zigbee等子網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。
圖14 智能網(wǎng)關(guān)示意圖
在有些情形下，PC機(jī)（尤其是工控PC機(jī)）也可以擔(dān)當(dāng)網(wǎng)關(guān)的角色，通常支持以太網(wǎng)、RS-232、USB接口，通過(guò)RS-232或USB轉(zhuǎn)接RS-485接口，從而也可連接RS-485總線網(wǎng)（如圖所示）。
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