物联网-物联网概念初识

物联网：将无线通信技术、传感设备、全球定位系统或其他信息获取方式等各种传感器嵌入到各种物体、设施中。

物联网三层架构

感知层 ——> 传输层 ——> 应用层

一、物联网通信协议

LoRa技术：基于扩频技术的超远距离无线传输方案，LoRa技术包括物理层LoRa协议和MAC层LoRaWAN协议。

1、LoRA WAN协议：

LoRa仅仅是物理层的网络协议，LoRa WAN协议是物理层+数据链路层的协议技术。

LoRa WAN协议

LoRa WAN协议数据传输层

LoRa WAN协议是MAC协议，其MAC层分为三类：Class A、Class B、Class C三类。

Class A：双向传输终端，数据在每次交互过程中，只是短暂的开启下行接收窗口，以此实现双向传输，Class A也是最省电的，要求终端在上行传输后的很短时间内进行服务器的下行传输。服务器在任何一次下行传输都需要等到终端的下一次上行。

Class B：划定接受间隙的双向传输终端，在Class A的基础上，随机开启接收窗口，还会在指定时间打开其他接收窗口。为了让终端在指定时间内打开接收窗口，终端需要从网关接收时间同步的信标beacon，这使得服务器可以知道终端正在监听。

Class C：最大化接收时隙的双向传输终端。终端一直打开接收窗口，只有在发送时会短暂关闭，Class C更耗电，但是时延更低。

Sundray的LoRa认证链路使用的协议为Class A，数据链路使用的是Class C。

LoRa的工作频段：LoRa工作在1GHz以下的ISM频段，包括433，868，915MHz的非授权频段。Sundray的LoRa网关认证链路工作在470-472，默认470MHz，数据链路链路工作在473-509MHz，默认481MHz

LoRa技术本身具有较强的接收灵敏度和超强信噪比，sundray的产品信号强度建议不要低于-100dBm，LoRa网关使用跳频技术，通过伪随机序列号进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。

LoRa的加密算法为：AES128。

2、NB-IoT

窄带物联网构建于蜂窝网络，只消耗180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络，UMTS网络或LTE网络，以降低成本，实现平滑升级。

窄带物联网特点：低功耗、广覆盖、低成本、大容量、抗干扰等优势。

大容量：一个扇区理论能够支持10W个连接。

覆盖广：

低功耗：类似于Class A模式，并采用PSM技术，因此低功耗

低成本：采用直接复用运营商的部分2G的频段，直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。

LoRa和NB-IoT的对比

	NB-IoT	LoRa
组网方式	运行商组建	自建
运行频段	授权频段	非授权频段
流量费用	运营商收费	免费
速率	<100kbps	<50kbps
传输距离	远距离	远距离
单传感器成本	高于LoRa	低于NB-IoT

3、ZigBee协议特性

低成本、低功耗、低速率、近距离、短时延、高容量、自组网、高安全、免执照

ZigBee的信道

wifi、ZigBee、蓝牙都工作在2.4G频段，那么这三类设备在同一空间使用就会存在干扰，为了降低wifi信道于ZigBee信道的同频干扰，ZigBee使用11，14，15，19，20，24，25这七个信道。

ZigBee底层将2.4G信道划分成16个信道，每个信道2MHz，对照wifi和ZigBee信道的分布，14，15信道刚好在1，6信道的中间，ZigBee信道正好在wifi信道的6，11信道的中间，刚好可以错开干扰。

4、机房东环传感器通信方式介绍

5、LoRa设备通讯介绍：

①、LoRa网关通过TCP/IP激活上线

②、传感器发送报文至LoRa网关

③、LoRa网关收到以后，直接将报文转发给平台

④、物联网平台收到会校验报文中的SN和校验码，通过则回复报文，否则丢弃。

6、LoRa传感器上线原理：

①、传感器上报join报文，里面带有SN和校验码；

②、LoRa网关收到后转发给平台，平台收到后校验SN和校验码是否导入，匹配恢复join accept（携带物联网平台的密码），否则丢弃报文；

③、传感器收到join accept，将自身传感器密码和物联网平台的密码做比对，通过则上线。否则上线失败，日志提示钓鱼验证码错误。

SN和KEY：是设备标识，贴在设备上

校验码：通过SN和KEY计算的一个值

传感器密码：未接入平台之前默认是全F，接入过平台后变为平台上的终端设备密码。

7、非低功耗设备通讯原理

非低功耗设备上线平台后，数据都走数据链路，目前Sundray的协LoRa暂时没有冲突检测机制，所以相同的信道频率下，一个LoRa网关只能和一个LoRa传感器通信，采用轮询的方式进行数据采集。

非低功耗设备：默认1min轮询一次，然后上报信息。红外网关设备例外是2分钟一次，因为红外本身没有状态所以没必要经常轮询。

8、低功耗设备通讯原理

低功耗设备由于需要尽可能省电，故上线后数据走认证链路，默认10min主动上报一次信息，然后打开下行窗口和平台进行信息交互。

目前低功耗设备仅有LoRa温湿度传感器、LoRa门锁和红外人体传感器。

9、设备离线

如果平台超过5次未收到传感器的数据，则认为传感器离线；如果传感器超过5次没有收到平台发来的数据，就认为自己离线。所以需要重新扫描认证链路发送join报文加入平台，重新上线。

10、ZigBee通信协议

五层通讯协议：

channel：信道地址

panID：16位网路地址，只有panID相同的设备才能组网

MAC：64位地址，又叫ZigBee设备的长地址

shortAddr：由父节点分配的16位短地址，用于设备之间通信

endPoint：是一个1-240的具体设备端点号，与应用相关。

ZigBee网络中有4种通信：

单播通信：与指定设备通信

组播通信：与组内设备通信

广播通信：与网内设备通信

绑定通信：不是设备间通信，而是不同断电之间的通信。

三种通信设备：

全功能设备FFD：协调器

全功能设备FFD：路由器

半功能设备RFD：终端

11、ZigBee组网流程

①、协调器先通过底层能量扫描，选择一个合适的信道建立网络。

②、协调器或路由器不断广播信标帧（Beacon）

③、设备或路由器发现信标，请求入网

④、协调器或路由器会分配短地址给设备或路由器

⑤、设备或路由器入网成功

⑥、设备基于端点展开通信

12、ZigBee设备入网报文交付流程