以太网/串口/Modbus/GPRS/NFC/LoRa这些物联网无线技术的优缺点

　　物联网应用已经深入我们生活，方方面面都能出现物联网项目应用。那么，物联网无线连接技术有哪些呢?本文以6类无线技术为例，深刻分析各类优缺点。

　　1. 以太网

　　以太网(Ethernet)是一种局域网通信技术， IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。 以太网使用双绞线作为传输媒介，在没有中继的情况下，最远可以覆盖200米的范围。最普及的以太网类型数据传输速率为100Mb/s，更新的标准则支持1KMb/s和10KMb/s的速率。

　　以太网技术的最大优点是它是目前应用最普遍的局域网技术，已经逐步取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET等。现在我们熟悉的互联网就是指所有这些大大小小的局域网连接在一起以后，形成的覆盖全球的网络。

　　2. 串口通信技术

　　串口(Serial port)是一种非常通用的用于设备之间通信的接口，也广泛用于设备以及仪器仪表之间的通信。常见的串口有RS-232(使用 25 针或 9 针连接器)和工业电脑应用的半双工RS-485与全双工RS-422。

　　串口通信使用串行方式进行通信，即串口按位(bit)发送和接收字节序列，典型地，串口用于ASCII码字符的传输。串口通信使用3根线完成：地线，发送和接收。串口通信可以在使用发送线发送数据的同时用接受线接收数据，它很简单并且能够实现较远距离的通信，其通信长度可达1200米。

　　(1) 优点

　　串口通信的最大有点就是普及率高，串口至今PC电脑还是标配，通常为了方便连接打印机，大部分的工业设备都有串口，那些没有串口的设备，在其开发时，常见方法也是通过串口连接到进行开发的电脑上的，因此串口是设备进行通信的最简单最容易的方法。

　　另外值得一提的是，如果不考虑连接串口的线缆，串口通信的成本非常低。

　　(2) 缺点

　　串口通信的组网能力差，虽然通常情况比无线稳定，但是在工业环境中，也容易受到线缆所处环境的电磁影响出现通信不稳定，甚至串口烧坏的情况。串口的通信速度以太网比起来还是有很大差距，一般来讲，只适合低速率和小数据量的通信。

　　3. Modbus

　　同前面几种通信技术不一样，通常认为Modbus只是使用串行方式进行通信的应用层协议标准，它并不包含电气方面的规范。Modbus最初是Modicon于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表的，后来衍生出Modbus RTU，Modbus ASCII和Modbus TCP三种模式，前两种所用的物理接口是上面介绍的串口，后一种使用Ethernet接口。

　　随着PLC在工业领域的广泛应用，Modbus也成为工业领域最受欢迎的通信协议，它采用主/从(Master/Slave)方式通信，即一对多的方式连接，一个主控制器最多可以支持247个从属控制器。

　　(1) 优点

　　Modbus的主要优点有：

　　标准化、开放，免费使用，无许可证费，无需知识产权授权。

　　支持多种电气接口，如串口和Ethernet接口等，支持多种传输介质，如双绞线、光纤、无线等。

　　Modbus协议的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。易开发，易用。

　　(2) 缺点

　　Modbus主要存在以下问题：

　　组网能力差，只有主从方式通信

　　网络规模有限，从属控制器数量限制了网络规模

　　安全性差，无认证、无权限管理，明文传输使得它在非受控环境下是非常有风险的

　　4. GPRS

　　GPRS是通用分组无线电服务*(General Packet Radio Service)的缩写，GPRS是终端和通信基站之间的一种远程通信技术。

　　无线电服务最早采用模拟通信技术，被成为第一代移动通信技术，后来采用数字通信技术，称为第二代移动通信技术，其中全球移动通讯系统(Global System for Mobile Communications)，即GSM的应用最广泛最为成功。GSM主要是为了传输话音设计的，话音在传输时，独占一个频道。

　　GPRS可说是GSM的延续，它以封包方式来传输数据，不独占频道，因此可以较好利用GSM上空闲的频道资源。GPRS的传输速率可达到56~114Kbps。用户使用该项数据业务，可以连接到电信运营商的通信基站，进而连接到互联网，获取互联网信息。GPRS由欧洲电信标准委员会(ETSI)推出，后来移交给第三代合作伙伴计划(3rd GeneraTIon Partnership Project)即3GPP负责。

　　(1) 优点

　　由于GSM的网络信号覆盖范围很广，实际上可以使用GPRS业务的地域也很广，这是GPRS技术的主要优点。

　　其次，GPRS终端可以在信号覆盖范围内自由地漫游，开发商无需在开发任何其他通信设备(由运营商负责)，用户使用方便。

　　最后，由于移动通信终端的普及，其成本已经大大降低，因此在物联网中采用GPRS通信技术，其硬件成本相比Wi-Fi或者ZigBee都有较大的优势。

　　(2) 缺点

　　GPRS终端在通信时要使用电信运营商的基础设施，因此需要缴纳一定的费用，即数据流量费，这个服务费用限制了大量设备连接到网络。

　　GPRS的速率较低，是另外一个问题。

　　GPRS通信质量受信号强弱影响较大，无信号覆盖或者较弱的地方通信效果很差，可能影响业务的完成。

　　5. NFC

　　NFC，Near-field communicaTIon，中文常翻译为近场通信。NFC是一种短距高频的无线电技术，属于RFID技术的一种，工作频率在13.56MHz，有效工作距离在20cm以内。其传输速度有106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s三种。通过卡、读卡器以及点对点三种业务模式进行数据读取与交换。

　　NFC最早是于2002年由飞利浦半导体、诺基亚和索尼共同研发。2004年，NFC论坛成立，致力于近场通信技术的标准化和推广。

　　(1) 优点

　　NFC通信距离非常短，但因此通信保密性好。

　　NFC卡无功耗，读卡器功耗也较低，可以适用于很多无功耗，或者低功耗的应用场景中。

　　NFC方案的成本较低，尤其是NFC卡成本非常低，特别适合覆盖大量非智能物体。

　　NFC通信技术目前在移动支付和消费类电子等方面有广泛的应用。例如很多手机都已经支持NFC应用，公交卡这类的小额支付系统都是使用的NFC技术。

　　(2) 缺点

　　NFC没有其他无线通信那种无线信号被窃听的风险，但是其NFC卡过于简单以及被动式响应的设计也是不安全的因素。见到报道的风险例如：即NFC银行卡内的交易信息，很容易被其他读卡器，甚至智能手机读取。

　　另外，如通信距离短，通信速率低，也是它的缺点，这限制了NFC只适合特定的某些物联网应用。

　　6. LoRa

　　LoRa来源于Long Range这个单词，是一种长距离通信的通信技术。LoRa技术基于线性Chirp扩频调制，延续了移频键控调制的低功耗特性，但是大大增加了通信范围。 Chirp扩频调制有长距离传输以及很好的抗干扰性，已经在军事和航天通信方面应用多年。极端情况下，LoRa的单个网关或者基站可以覆盖整个城市或者几十公里。

　　LoRa技术应用典型场景包括：超长电池寿命(几年)，节点之间长距离通信，低速率(如每小时只要传递几次数据)。和NB-IoT技术一样，也可以牺牲低功耗指标来提高速率。