[嵌入式]物联网中使用的常见通信技术

HPLC技术

宽带电力线载波通信（HPLC）是利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，是电力系统特有的通信方式。智慧用能物联网解决方案选用HPLC技术。HPLC通信频段为700KHz~12MHz之间（频段可配置），应用层通信速率最大可达2Mbps，支持多级组网与自动选路等 特性，完全满足综合能源服务主要场景中对带宽、通信距离和可靠性需求。智慧用能物联网解决方案采用HPLC技术为主、多种物联网接入技术互补的多业务融合承载建网理念。

HPLC网络中有三种节点，由CCO中央协调节点（HPLC头端）、PCO代理协调节点（HPLC尾 端）、STA终端节点（HPLC尾端）组成的树形结构。其通信方式采用中央调度的方式，CCO上电后 会进行全网检测，确定PCO和STA，然后侦听STA的报文或者主动询问STA，通过CSMA载波检测多 址的方式进行传输管理和控制。

其它有线通信技术

智慧用能物联网解决方案除了HPLC技术，还可运用RS485/RS232、M-Bus、CAN等有线通信技术
作为补充

RS485/RS232

RS485和RS232总线技术是应用最为广泛的工业总线技术。传统的终端与主机普遍具备串行通信口。RS485为半双工数据通信模式，RS232为全双工数据通信模式，它们之间可以相互转换，一般采用RS485总线。RS485接口采用两线制，通过屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构，在 同一总线上最多可以挂接255个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

在综合能源服务场景中，部分工业场景，电力线信道噪声严重，造成HPLC通信误码率高或衰减较大时，智慧用能物联网解决方案可选用RS485作为补充。RS485的优势有：

• RS485总线是一种成熟的总线技术，应用广泛。其通信距离远（单跳700米，加中继情况下可达数千米），结构简单（双绞线），通信速率（1200~115200bps），满足行业窄带应用需求。当前
  主流智能仪表均支持RS485总线的通讯方式。
  基于串口的软件开发很方便，物理层控制已经集成在操作系统本身，打开串口和打开一个文件使用的是相同的Windows API。

RS485应用局限性有：

• 需进行网络布线，施工量大；
• 网络容量小，最大不超过255个节点；
• 总线不能供电。

M-Bus

仪表总线M-Bus（Meter-Bus）是一种专门为热量表远程数据传输设计的总线协议，它是测量仪 表数据传输数字化的一种重要技术，已经广泛应用于热量计量领域，并成为欧洲的热量计量标准的一部分（欧洲标准EN1434-3）。除了热计量领域，它也可用于连接其他的各种消耗量仪表、传感器、执行器。

在综合能源服务场景中，大量水、气、热等仪表采用M-Bus总线接口。该总线技术优势是：

• M-Bus是一种低成本点对多点的总线通讯系统，4800bps的通信速率时，可达到2.4km的可靠通 信距离，支持多达500个接点组网。

• M-Bus总线的拓扑结构随意，允许串型、星型、交叉等任意接线分支的布线方式，使用普通双绞线，无极性二线制安装接线，降低施工安装和调试难度。

• 恒流的电流环通信方式，抗干扰能力强。 M-Bus总线可提供高达200mA电源，即在两芯线上即可以传数据同时能够传电流，降低系统部署
  成本。

M-Bus也存在一些技术层面的不足：

• 通信芯片生产和使用需要授权，成本较高； 由于需要提供供电能力，线路长度通常低于1km，且线径比较粗；
• 半双工系统，在某些行业应用场景上会受到限制。 智慧用能物联网解决方案可以采用M-Bus总线兼容既有仪表接口的场景。

CAN

CAN （Controller Area Network ）是ISO国际标准化的串行通信协议，主要应用于汽车网络。在综合能源服务场景中，CAN总线主要应用于电动汽车充电等场景。
CAN总线具备以下优势：

• 标准化程度高，定义了物理层到应用层的全部内容，具有很好的开放性； CAN总线可在各节点之间实现自由通信，对等网络；
• 可在不同传输介质下协调工作，例如：双绞线、同轴电缆或光纤。

CAN总线的一些不足之处：

• 需要专用的芯片或设备支持，成本较高；
• 开发复杂，需要熟悉整体协议，并在此基础上实现应用层协议。

其它无线通信技术

智慧用能物联网解决方案在部分特殊场景，需要采用无线IoT通信技术，来作为HPLC或其他有线通信方式的补充。例如，采用WiFi等连接方式，面向大带宽、低时延、高频度的宽带物联业务；采用ZigBee、LoRa、RF等连接方式，面向多连接、小数据、低频度的窄带物联业务。

ZigBee

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、 低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee 主要适用于各种低功耗仪表数据采集。ZigBee支持网状、树状和总线型灵活组网，分为传感节点和汇聚节点。

ZigBee技术在综合能源服务场景中，主要应用于非电终端的采集与控制，尤其一些低功耗仪表或传感器，例如温湿度传感器、气表、水表、水浸传感器、照明控制、空调控制等。其主要特点是：

• 低功耗：节点可进入很低功耗的休眠状态，在低耗电待机模式下，电池供电可支持节点工作6～24 个月。
• 低成本：通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ，降低了对通信控制器的要求，且Zigbee免协议专利费。
• 短时延：Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转工作状态只需15 ms。
• 高容量：Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，一个主节点可管理254个子节点；主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
• 高安全：Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128) 的对称密码，以灵活确定其安全属性。
• 免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM)的频段。ZigBee的不足之处有：
• ISM的发射功率，发射占空比和最大发射功率，频段带宽等存在法规限制，传输距离和速率受限 ； 由于采用ISM频段，存在干扰，在终端数量较多时，数据可靠性不高。

LoRA

LoRa技术目前存在两种技术应用：第一种，利用LoRa芯片的调制模式实现点对点的数据传输能力；第二种，在LoRa物理层基础上，实现了LoRa联盟定义的整套通讯协议。
LoRa技术在综合能源服务场景中主要应用于非电终端的采集与控制。其优势主要体现在以下几个方面：

• 通信距离远，终端功耗低；
• 支持多信道并行处理，覆盖范围广； 支持测距和定位。

LoRa的不足之处有：

• 难以满足室内穿透覆盖要求； 双向通信有限制；
• 采用ISM频段，易受外部信号干扰； 适合轻载网络，QoS难保障。

RF

433MHz RF技术在综合能源服务中可应用于低功耗仪表或传感器的采集与控制，例如温湿度传感器、气表、水表、水浸传感器、照明控制、空调控制等。其主要特点是：

• 433MHz采用免申请发射接收频率；
• 支持点对点，点对多点，网状网通信组网；
• 收发一体、使用简单、性价比高；
• 433MHz相对于2.4GHz频段具有更优的穿透性；

433MHz RF技术的不足之处有：

• 系统安全保密性差；
• 公共频段环境干扰大；
• 信道的可用带宽有限；
• 缺乏全球性标准。

参考截取自《智慧用能物联网解决方案设计指南》