物联网通信技术之有线通信技术那些你不知道的事

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。