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物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入篇-網(wǎng)絡(luò)接口層的協(xié)議（2）

躍曰

2024-06-07

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35 分鐘

上一篇文章，我們分享了TCP/IP 的四層協(xié)議。本文從第一層：網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議開始分享，給大家分享這一層的協(xié)議知識和應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就是在網(wǎng)路上傳輸數(shù)據(jù)是要說的語言，保證說話的人說的語言，傳達到聽話人耳朵，并且如果語言不一樣需要翻譯成對方能聽懂的語言。

TCP/IP 四層協(xié)議，為什么要分層：簡化開發(fā)和維護，分工能提高生產(chǎn)效率，也能提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

第一層：網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)接口層是 TCP/IP 模型中的最底層，是整合 OSI 的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

這一層主要負責(zé)：物理連接、數(shù)據(jù)幀的封裝和解封裝（二進制）、定義硬件 MAC 地址、提供硬件接口。為上層提供了實際的物理傳輸服務(wù)，使得數(shù)據(jù)能夠在不同的物理網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸和接收。

按照傳輸距離遠近、是否是蜂窩網(wǎng)絡(luò)、是否有線傳輸，將網(wǎng)絡(luò)接口層分為近距離通信協(xié)議、遠距離蜂窩通信協(xié)議、遠距離非蜂窩通信協(xié)議、有線通信協(xié)議。

一、近距離通信協(xié)議

有 RFID、NFC、藍牙等協(xié)議。

1. RFID

RFID，Radio Frequency Identification，射頻識別技術(shù)。

組成部分：

主要由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成。

工作原理：

讀寫器通過天線發(fā)射特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入到讀寫器的有效工作范圍內(nèi)時，電子標簽接收射頻信號并憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片。讀寫器再對接收到的數(shù)據(jù)進行解調(diào)和解碼，從而獲取電子標簽中所存儲的信息。

RFID讀寫器和相應(yīng)類型RFID標簽之間的通訊規(guī)則，包括：頻率、調(diào)制、位編碼及命令集。

特點：

非接觸式：無需直接接觸就能完成對目標的識別。操作非常便捷。
自動識別能力強：可以快速、準確地對大量物品或目標進行自動讀取和識別，極大提高了工作效率。
安全性和可靠性高：通過加密等手段可以保障數(shù)據(jù)的安全，并且在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定工作。

應(yīng)用：

旅游導(dǎo)覽：識別展品標簽，自動播放講解視頻。
物流與供應(yīng)鏈管理：用于貨物的跟蹤、識別、盤點等，提高物流效率和準確性。
倉儲管理：可以快速準確地識別貨物位置和狀態(tài)。
智能交通：如電子不停車收費（ETC）系統(tǒng)、車輛管理等。
圖書館管理：實現(xiàn)圖書的自助借還、盤點等。
資產(chǎn)管理：對各類固定資產(chǎn)進行標識和管理。
制造業(yè)：用于生產(chǎn)線上的零部件追蹤、質(zhì)量控制等。
門禁系統(tǒng)：人員身份識別和進出控制。
動物追蹤：對寵物或牲畜進行標記和追蹤。
醫(yī)療領(lǐng)域：藥品管理、病人身份識別等。
防偽溯源：用于商品的防偽和追溯來源。

2. NFC

NFC，Near Field Communication，近場通信。是 RFID 的升級版本。工作距離通常在10厘米以內(nèi)。

組成部分：

由NFC 芯片、天線、軟件和驅(qū)動組成。

NFC 芯片：這是核心部件，負責(zé)處理數(shù)據(jù)和通信。
天線：用于發(fā)射和接收射頻信號，實現(xiàn)與其他設(shè)備的近場通信。
相關(guān)軟件和驅(qū)動：確保系統(tǒng)能夠正確識別和使用 NFC 功能，以及處理數(shù)據(jù)交互等操作。

工作原理：

NFC采用了雙向的識別和連接，短距離高頻無線通信，允許電子設(shè)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在10厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。

特點：

雙向的識別和連接。

短距離：通常在幾厘米范圍內(nèi)有效。
快速連接：可以快速建立連接和傳輸數(shù)據(jù)。
便捷交互：例如用于移動支付、設(shè)備配對等非常方便。

應(yīng)用：

接觸通過(TouchandGo)，如門禁管制、車票和門票等，使用者只需攜帶儲存著票證或門控密碼的移動設(shè)備靠近讀取裝置即可。
接觸確認(TouchandConfirm)，如移動支付，用戶通過輸入密碼或者僅是接受交易，確認該次交易行為。
接觸連接(TouchandConnect)，如把兩個內(nèi)建NFC的裝置相連接，進行點對點數(shù)據(jù)傳輸，例如下載音樂、圖片互傳和同步交換通訊簿等。
接觸瀏覽(TouchandExplore)，NFC設(shè)備可以提供一種以上有用的功能，消費者將能夠通過瀏覽一個NFC設(shè)備，了解提供的是何種功能和服務(wù)。

3. 藍牙

Bluetooth，藍牙通信技術(shù)，支持設(shè)備短距離通信（一般 10m 內(nèi)）的無線電技術(shù)。以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。藍牙的長處在于配對、認證和低功耗。

組成部分：

由藍牙芯片和天線組成。

藍牙芯片：核心組件，負責(zé)數(shù)據(jù)處理和通信控制。
天線：用于發(fā)射和接收藍牙信號。

工作原理：

藍牙設(shè)備中的藍牙芯片包含了無線電收發(fā)器等關(guān)鍵部件。當設(shè)備開啟藍牙功能后，藍牙芯片會通過天線發(fā)送特定頻率的無線電信號，同時也能接收其他藍牙設(shè)備發(fā)送的信號。

在建立連接時，一個設(shè)備發(fā)起連接請求，另一個設(shè)備進行響應(yīng)，通過一系列的配對和認證過程，建立起穩(wěn)定的通信鏈路。

一旦連接建立，設(shè)備之間就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)被編碼成藍牙信號并通過無線電波進行傳輸，接收方則對信號進行解調(diào)和解碼，獲取原始數(shù)據(jù)。

藍牙使用了多種技術(shù)來確保通信的可靠性和穩(wěn)定性，比如跳頻技術(shù)，它可以避免干擾和提高安全性。

藍牙設(shè)備分主設(shè)備、從設(shè)備。

主設(shè)備一般具有輸入端。在進行藍牙匹配操作時，用戶通過輸入端可輸入隨機的匹配密碼來將兩個設(shè)備匹配。藍牙手機、安裝有藍牙模塊的PC都是主設(shè)備。

從設(shè)備在出廠時，在其藍牙芯片中，固化有一個4位或6位數(shù)字的匹配密碼。藍牙耳機、UD數(shù)碼筆、藍牙鼠標鍵盤、Apple pencil、打印機、游戲手柄都是從設(shè)備。從從無法匹配。

特點：

短距離通信：一般在 10 米左右范圍內(nèi)有效，但通過增強技術(shù)可適當延長距離。但是組網(wǎng)能力設(shè)備數(shù)量限制。
方便快捷：易于配對和連接，無需復(fù)雜設(shè)置。
低功耗：適合于移動設(shè)備等對功耗敏感的場景。比 Zigbee 功耗要高。
廣泛應(yīng)用：常見于手機與耳機、音箱等設(shè)備的連接，也用于智能穿戴設(shè)備、智能家居設(shè)備之間的交互等。

應(yīng)用：

廣泛應(yīng)用于消費電子、汽車、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域，如手機與耳機、音箱等設(shè)備的連接，汽車的藍牙音頻和電話系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

可穿戴設(shè)備，健康手環(huán)、手表等。可穿戴設(shè)備上網(wǎng)不易，通過藍牙4.1進行解決。手表通過藍牙4.1連接到可以上網(wǎng)的設(shè)備手機之后，手表可以利用 IPv6 連接到網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與WiFi相同的功能。盡管受傳輸速率的限制，該設(shè)備的上網(wǎng)應(yīng)用有限，不過同步資料、收發(fā)郵件之類的操作還是完全可以實現(xiàn)的

AirDrop：利用藍牙 LE（低功耗藍牙）來快速發(fā)現(xiàn)附近的其他 iOS 設(shè)備。一旦發(fā)現(xiàn)目標設(shè)備，系統(tǒng)會利用 Wi-Fi 直連來建立高速的通信鏈路。這使得數(shù)據(jù)能夠以較快的速度進行傳輸，尤其是在傳輸較大文件時優(yōu)勢明顯。不會消耗移動網(wǎng)絡(luò)的流量。藍牙低功耗、配對功能強，Wi-Fi 傳輸速度快。

室內(nèi)導(dǎo)航：作為室內(nèi)導(dǎo)航信標或類似定位設(shè)備使用，結(jié)合Wi-Fi可以實現(xiàn)精度小于1米的室內(nèi)定位。

二、遠距離蜂窩通信協(xié)議

1. 蜂窩網(wǎng)

它是一種將通信服務(wù)區(qū)域劃分為若干個類似蜂窩形狀的小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每個小區(qū)由一個基站負責(zé)通信信號的收發(fā)和處理，各個小區(qū)通過頻率復(fù)用等技術(shù)實現(xiàn)無縫覆蓋，使得在整個服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶能夠隨時隨地進行通信。所有通過網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，有時候設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)定位，顯示的是基站的位置。

遠距離蜂窩通信協(xié)議主要是2/3/4/5G、LPWAN（NB-IoT、eMTC）等技術(shù)下的各電信運營商采用的制式、協(xié)議。遠距離蜂窩通信，都要插一張物聯(lián)網(wǎng)卡，都是由移動運營商部署和運營的，頻段都是官方授權(quán)的，數(shù)據(jù)流量都是要收費的。

注意 LoRa 、Sigfox是非蜂窩網(wǎng)絡(luò)，有些人的文章寫錯了。

2. LPWAN 低功率網(wǎng)絡(luò)

LPWAN，Low-Power Wide-Area Network，低功率廣域網(wǎng)絡(luò)，是用在物聯(lián)網(wǎng)，可以用低比特率進行長距離通訊的無線網(wǎng)絡(luò)。低電量需求、低比特率與使用時機可以用來區(qū)分LPWAN與無線廣域網(wǎng)絡(luò)，無線廣域網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計來連接企業(yè)或用戶，可以傳輸更多資料但也更耗能。LPWAN每個頻道的傳輸速率介于0.3 kbit/s 到 50 kbit/s之間。

LPWAN 網(wǎng)絡(luò)主要由終端設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、核心網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路和應(yīng)用平臺等組成。其中，終端設(shè)備如傳感器、智能電表等產(chǎn)生數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)負責(zé)收集多個終端設(shè)備的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)絡(luò)包含網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理中心等，用于對數(shù)據(jù)進行存儲、分析和管理等操作，通信鏈路基于 LoRa、Sigfox、NB-IoT 等技術(shù)提供數(shù)據(jù)傳輸通道，而應(yīng)用平臺用于將處理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶并支持各種應(yīng)用功能的實現(xiàn)。

特點：

低功耗：設(shè)備能長時間續(xù)航，減少頻繁更換電池或充電的麻煩，適用于難以經(jīng)常維護的場景。
廣覆蓋：可以實現(xiàn)較大范圍的信號覆蓋，能深入到一些偏遠或信號難以到達的區(qū)域。
低成本：無論是設(shè)備成本還是運營成本都相對較低，有利于大規(guī)模應(yīng)用部署。
低數(shù)據(jù)速率：主要傳輸少量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，滿足特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基本通信需求即可。
高容量：能夠連接大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，適應(yīng)海量設(shè)備接入的需求。
高可靠性：能在復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定的通信，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和及時性。

3. NB-IoT

NB-IoT，Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是一種專為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，需要專用的物聯(lián)網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)，一般采用電池供電，會休眠，需要插物聯(lián)網(wǎng)卡。
它聚焦于低功耗、廣覆蓋、大連接和低成本等特性，使用窄帶頻譜進行通信，能在確保較低功耗的同時，實現(xiàn)對海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)傳輸。

由華為大力提倡，在中國由三大運營商組網(wǎng)建設(shè)。自己家需要這些數(shù)據(jù)，需要進行數(shù)據(jù)對接。

組成部分：

終端設(shè)備：各類具備 NB-IoT 通信功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如智能水表、智能燃氣表等，它們負責(zé)采集數(shù)據(jù)并進行傳輸。
NB-IoT 基站：用于與終端設(shè)備進行通信，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信號覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸。
核心網(wǎng)絡(luò)：包括移動管理實體、服務(wù)網(wǎng)關(guān)等，負責(zé)對數(shù)據(jù)進行處理、路由和管理。
物聯(lián)網(wǎng)平臺：對來自終端設(shè)備的數(shù)據(jù)進行存儲、分析和管理，同時提供應(yīng)用開發(fā)和管理的接口，方便各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的構(gòu)建和運行。

工作原理：

NB-IoT 終端設(shè)備通過內(nèi)置的傳感器等采集數(shù)據(jù)。這些設(shè)備通常處于低功耗模式，只有在需要傳輸數(shù)據(jù)時才會喚醒。當終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會通過無線信號連接到附近的 NB-IoT 基站?；窘邮諗?shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)絡(luò)進行處理和存儲。在核心網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)會被分類、分析和管理。然后根據(jù)需要，將數(shù)據(jù)傳遞給相應(yīng)的應(yīng)用平臺或用戶。

特點：

低功耗：犧牲了速率，卻換回了更低的功耗。采用簡化的協(xié)議，更適合的設(shè)計，大幅提升了終端的待機時間。
信號覆蓋能力強：NB-IoT有更好的覆蓋能力，可以穿透井蓋。
連接廣泛：小區(qū)可以支持幾萬個終端。
成本低：NB-IoT通信模塊成本很低。

應(yīng)用：

NB-IoT 適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高，但對設(shè)備續(xù)航能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有較高需求的各類物聯(lián)網(wǎng)場景，比如智能抄表、智慧城市設(shè)施監(jiān)測、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的部署和發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

三、遠距離非蜂窩通信協(xié)議

就是不使用蜂窩網(wǎng)，通過自組網(wǎng)絡(luò)的方式進行通信。如果要連接互聯(lián)網(wǎng)，需要加路由器等設(shè)備。

1. ZigBee

ZigBee 是一種短距離、低功耗、高可靠、自組網(wǎng)的無線通信技術(shù)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站，由可多個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個網(wǎng)絡(luò)模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

組成部分：

節(jié)點：包括zigbee 網(wǎng)關(guān)、路由器和終端設(shè)備。zigbee 網(wǎng)關(guān)負責(zé)創(chuàng)建和管理網(wǎng)絡(luò)，路由器用于擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，終端設(shè)備通常是簡單的傳感器或執(zhí)行器。所以買小米 zigbee 插頭的時候，必須要有一個 zigbee 網(wǎng)關(guān)，連上路由器。

工作原理：

Zigbee 基于 IEEE 802.15.4 標準，采用了直接序列擴頻（DSSS）技術(shù)。它通過在多個頻率上發(fā)送數(shù)據(jù)來提高通信的可靠性和抗干擾能力。當一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會先在網(wǎng)絡(luò)中尋找合適的路徑。如果是在星型拓撲中，終端節(jié)點直接與協(xié)調(diào)器通信；在樹型或網(wǎng)狀拓撲中，節(jié)點可能會通過中間的路由器進行多跳傳輸。

特點：

具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。

低功耗：設(shè)備可以長時間依靠電池供電。
低成本：硬件成本相對較低。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)“基站”（節(jié)點）卻不到千元。
自組網(wǎng)：節(jié)點能夠自動組成網(wǎng)絡(luò)。
高容量：可容納大量節(jié)點。

應(yīng)用：

ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點。

智能家居：如控制燈光、窗簾、家電等。
工業(yè)自動化：監(jiān)測和控制設(shè)備。
智能農(nóng)業(yè)：監(jiān)測土壤濕度、溫度等環(huán)境參數(shù)。
醫(yī)療保健：病人監(jiān)護等。
智能樓宇：照明控制、能源管理等。

智能家居用 Zigbee 而非藍牙：

一個悲哀的消息是，2022 年，小米在一個地方說：“平臺不再推廣Zigbee 的接入方案”。開始推廣米家 BLE Mesh 技術(shù)了，就是 Bluetooth Low Energy Mesh技術(shù)。BLE Mesh技術(shù)可以讓智能設(shè)備之間直接進行通信，而不需要通過中心節(jié)點或網(wǎng)關(guān)，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。此外，BLE Mesh還支持大規(guī)模的設(shè)備組網(wǎng)，可以滿足智能家居系統(tǒng)中對設(shè)備數(shù)量的需求。

2. LoRa

LoRa ，Long Range，一種低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)。具有遠距離、低功耗、大容量、抗干擾性強等特點。它基于擴頻技術(shù)，通過線性調(diào)頻 chirp 信號來傳輸數(shù)據(jù)。不依賴物聯(lián)網(wǎng)卡，是非授權(quán)頻段，數(shù)據(jù)流量不需要給三大運營商繳費，但是建設(shè)方可能按照流量來收費。LoRaWAN與LoRa的區(qū)別LoRa是一種無線通信技術(shù)，工作在物理層。LoRaWAN是一種通信協(xié)議，工作在MAC層。

工作原理：

LoRa 采用了擴頻技術(shù)。發(fā)送端將信息通過特殊的調(diào)制方式擴展到一個較寬的頻帶上進行傳輸。節(jié)點可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器或其他應(yīng)用系統(tǒng)進行處理和分析。通過這種方式，實現(xiàn)了低功耗、遠距離的無線數(shù)據(jù)傳輸和通信。

組成部分：

節(jié)點：包括各種終端設(shè)備。

網(wǎng)關(guān)：連接節(jié)點和后端網(wǎng)絡(luò)。

特點：

遠距離：城鎮(zhèn)可達2-5 Km，郊區(qū)可達15 Km。所以在范圍較大的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、城市中應(yīng)用廣泛。
低功耗：年電池使用壽命長達10年。
安全性：采用端到端 AES128加密、雙向認證等技術(shù)。
工作頻率：非授權(quán)頻段。
調(diào)制方式：擴頻調(diào)制技術(shù)，Semtech公司的私有專利技術(shù)。
傳輸速率：0.3-50Kbps，速率自適應(yīng)(Adaptive DataRate簡稱ADR),速率越低傳輸距離越遠。
高容量：一個LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個LoRa節(jié)點。
抗干擾性強：擴頻技術(shù)使其對干擾具有較強的抵抗力，能在復(fù)雜電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作。
穿透性好：能夠較好地穿透建筑物等障礙物，保證信號的有效傳輸。
成本較低：相對來說，硬件成本較為經(jīng)濟，有利于大規(guī)模推廣。

應(yīng)用：

智能抄表：如水表、電表、氣表等。
智慧城市：如路燈控制、環(huán)境監(jiān)測。
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：監(jiān)控土壤濕度、氣象數(shù)據(jù)等。
物流追蹤。
工業(yè)控制。

四、有線通信協(xié)議

通過電纜線連接進行數(shù)據(jù)傳輸，包括 USB 協(xié)議、RS232、RS485 協(xié)議、Ethernet 協(xié)議。

1. USB 協(xié)議

USB，Universal Serial Bus，通用串行總線。通過差分信號傳輸數(shù)據(jù)，采用了新的物理層設(shè)計和數(shù)據(jù)編碼方式以提高傳輸速度。

工作原理：

USB 協(xié)議，定義了數(shù)據(jù)格式、傳輸速率、錯誤處理等各種規(guī)則，確保不同設(shè)備之間的兼容性和可靠通信。當設(shè)備連接到主機時，主機會識別設(shè)備并與之建立通信鏈路，然后通過一系列的數(shù)據(jù)交互完成各種功能，如數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備控制等。

USB 的工作原理使得它成為一種廣泛應(yīng)用、方便快捷的接口標準，極大地便利了各種電子設(shè)備之間的連接和數(shù)據(jù)交換。根據(jù)物理形態(tài)可以分為 USB-A、USB-B、USB-C等，另外每種物理形態(tài)還有不同的只傳輸協(xié)議，比如 USB 1.x、USB 2.0、USB 3.x等，最主要的區(qū)別就是傳輸速度不同。USB3.0 傳輸速度是 5.0Gbps。

2019 年，USB4 發(fā)布，分為兩個版本，一個是 20Gbps，一個是 40Gbps。物理接口形態(tài)統(tǒng)一使用 USB Type-C接口。統(tǒng)一了真好，等我把 kindle、lighting 的 iPhone、AirPods、磁吸接口的 MacBook Pro 、充電寶換成最新款，就可以都用 Type-C 接口了。

這里擴展一個 PD 協(xié)議， PD 協(xié)議是在 USB 協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種專門用于充電的協(xié)議。它主要側(cè)重于充電功率的管理和協(xié)商：通過 PD 協(xié)議，可以使 USB 接口支持更高的充電功率，突破了傳統(tǒng) USB 充電在功率方面的限制。USB 協(xié)議提供了物理連接和基本的數(shù)據(jù)傳輸框架，PD 協(xié)議則在此基礎(chǔ)上針對充電進行優(yōu)化和擴展。

兩者相互配合，使得 USB 接口不僅能傳輸數(shù)據(jù)，還能實現(xiàn)高效的快速充電。在實際應(yīng)用中，許多支持快速充電的設(shè)備都采用了基于 USB 接口并遵循 PD 協(xié)議的充電方案?？斐湔娴哪芴岣咝腋Ｖ笖?shù)，一分鐘一格電，真爽。

組成部分：

包括主機控制器、USB 設(shè)備（如 U 盤、移動硬盤等）以及連接它們的電纜。

Type-A口，就是插電腦的，USB3.0 這個口子是藍顏色的。Type-C，對稱橢圓口，蘋果最新設(shè)備采用的口子，終于實現(xiàn)了充電線的統(tǒng)一。

USB-C 的特點：

支持正反插，使用更方便。
可以傳輸高速數(shù)據(jù)。
具備較強的供電能力，能滿足設(shè)備充電需求。
具有更好的通用性和兼容性，可以連接多種外部設(shè)備。

應(yīng)用：

數(shù)據(jù)傳輸：快速傳輸大量數(shù)據(jù)，如高清視頻、大型文件等。
外接存儲：連接移動硬盤、U 盤等進行數(shù)據(jù)交換。
高清顯示連接：如連接顯示器、投影儀等。
設(shè)備充電：為移動設(shè)備快速充電。

我們有手機用 USB-C 連接電腦，只能充電，不能傳輸數(shù)據(jù)，很大可能就是線不支持協(xié)議。

2. RS232 協(xié)議

工作原理：

RS232，Recommended Standard 232，是一種異步傳輸標準串口接口協(xié)議。

組成部分：

DB9 連接器：這是常見的接口形式。
發(fā)送器和接收器：負責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

通常RS-232接口以9個引腳(DB-9)或是25個引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn) 。

特點：

成熟可靠：是一種較為傳統(tǒng)且成熟的通信方式。
一對一通信：通常用于兩點之間的通信。
傳輸距離較短：一般較適合短距離通信。20 米以內(nèi)。
傳輸速度慢：能夠達到1Mbps的已經(jīng)比較少。

應(yīng)用：

早期計算機與外部設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器、打印機等）之間的通信。

一些工業(yè)控制和自動化設(shè)備中仍有使用。一般用在 PLC 之間的通信。

3. RS485 協(xié)議

工作原理：

RS485是RS232升級版的串口協(xié)議，一般采用兩線制傳輸：A、B兩條傳輸線。采用差分信號傳輸方式，通過兩根信號線（A 線和 B 線）的電壓差來表示邏輯狀態(tài)。這種方式具有較強的抗干擾能力，能實現(xiàn)遠距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸。多個設(shè)備可以通過 RS485 總線連接在一起，形成一個多點通信網(wǎng)絡(luò)，通過地址分配等方式實現(xiàn)設(shè)備間的通信協(xié)調(diào)。232 只能是兩個設(shè)備，485 支持多個設(shè)備連接。

組成部分：

一般采用兩線制傳輸：A、B兩條傳輸線。

傳輸距離：一般1Km以內(nèi)都沒有問題。

特點：

傳輸距離遠：可以在較長距離上可靠傳輸數(shù)據(jù)，一般可達上千米。但是要連接線。
支持多節(jié)點：能夠連接多個設(shè)備，形成多點通信網(wǎng)絡(luò)，可連接幾十甚至上百個節(jié)點。
抗干擾能力強：差分信號傳輸方式使其對噪聲和干擾有較好的抵抗力。
傳輸速率較高：能實現(xiàn)相對較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
半雙工通信：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能同時進行。
成本相對較低：相較于一些其他工業(yè)通信標準，成本較為經(jīng)濟。
布線簡單：只需使用雙絞線即可，施工方便。
兼容性較好：廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域，與許多設(shè)備和系統(tǒng)兼容。

應(yīng)用：

在工業(yè)控制中，不同的傳感器、執(zhí)行器等可以通過 RS485 總線與控制器通信。

在智能建筑系統(tǒng)中，各種設(shè)備之間可以利用 RS485 進行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。

4. Ethernet

工作原理：

Ethernet（以太網(wǎng)）是一種計算機局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，于1975年由美國施樂公司研制成功。

以太網(wǎng)通過共享傳輸介質(zhì)，設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)前先檢測線路是否空閑，若空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)，同時繼續(xù)監(jiān)聽是否發(fā)生沖突。如果發(fā)生沖突，則停止發(fā)送并執(zhí)行沖突解決機制，等待隨機時間后再嘗試發(fā)送。最常見的以太網(wǎng)接口就是 RJ45 網(wǎng)線插口。

組成部分：

物理介質(zhì)，如雙絞線、光纖等。

以太網(wǎng)接口，包括發(fā)送器和接收器。

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，如以太網(wǎng)幀格式等。

特點：

高帶寬：可以提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
廣泛應(yīng)用：普及度高，兼容性強。
易于擴展：能夠方便地添加新設(shè)備和擴展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。
技術(shù)成熟：經(jīng)過長期發(fā)展和實踐檢驗。

應(yīng)用：

企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)建辦公網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等。
家庭網(wǎng)絡(luò)：用于家庭中的電腦、智能設(shè)備等聯(lián)網(wǎng)。
工業(yè)控制：在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。
電信網(wǎng)絡(luò)：作為接入網(wǎng)和城域網(wǎng)的重要技術(shù)。
智能樓宇：連接各種智能系統(tǒng)和設(shè)備。

5. ATM 異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)

ATM ：Asynchronous Transfer Mode network，異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)。高速傳輸、質(zhì)量有保障、靈活。ATM 采用異步時分復(fù)用技術(shù)，將數(shù)據(jù)分割成固定長度的信元進行傳輸。ATM 曾經(jīng)在一些對帶寬和質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域，如電信骨干網(wǎng)絡(luò)等有廣泛應(yīng)用。但隨著技術(shù)的發(fā)展，其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如 IP 網(wǎng)絡(luò)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。它可以有線傳輸，也可以無線傳輸?，F(xiàn)在也很少用到了。

后記

理解 TCP/IP 四層框架是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)協(xié)議的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)協(xié)議是做好物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)接入、監(jiān)控、報警、下控、運維、數(shù)據(jù)分析、智控的基礎(chǔ)。

我閱讀了大量的書籍和文章，匯總出了 TCP/IP 四層框架的主要協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主要協(xié)議。工作量之大，超出預(yù)期。我看了 B 站《希賽關(guān)于軟考網(wǎng)絡(luò)工程師的全套視頻教程》，看了《圖解 TCP/IP》，看了大量的文章。又結(jié)合之前的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的從業(yè)經(jīng)驗，整理出來這篇文章。

期望大家的鼓勵與支持，歡迎大家交流。