物联网概念在1991 年由美国提及，到2005 年，国际电信联盟（ITU）发布《ITU 互联网报告2005：物联网》，正式提出此概念。物联网，顾名思义就是物物相连的网络，有两层意思：一、基础和核心仍是互联网，但是在互联网基础上延伸及扩展的网络；二、其用户端延展到了任何物品之间进行信息交换。综上所述，物联网是互联网的一种业务及应用，利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人、物等通过一定的方式联系起来。本文主要就物联网在网络局部通信系统中的连接方式进行整理阐述。
物联网连接方式分有线和无线，包括星型、总线型、电力线载波、2.4GHz Zigbee、射频（RF）和红外（IrDA）等。物联网应用一般要求联网，信息互动，对数据量及可靠性要求高，以星型和总线型为主，但由于实际布线困难、成本限制，低数据量通信网络以电力线载波和无线组网技术应用更为广泛。目前，有线和无线两种通信方式相结合使用的较少，将来多网融合和多技术集成将是发展趋势。
以物联网典型应用——室内智能为对象进行分析研究。
总线型需要布置专用通信线缆，对施工和成本要求高，适用于新建设项目。对于一般使用场景，首选电力线载波和无线通信技术。IrDA 红外依靠光波通信，调制于几十或几百kHz 载波，通信距离只能在几米的范围，传输角度受限且不能绕射，但成本低，实现简单，在物联网中也有针对性应用。Bluetooth 及Wi-Fi 因其复杂性和高成本，应用场景并不普遍，在小数据量，控制简单的室内智能控制局部网络中较少应用。目前，315/433MHz 和2.4GHz Zigbee 为ISM 免牌照频段，且开发应用简单、成熟，得到普遍应用。
模型主要是通过以MCU 为核心的网关主机为中心进行构建，中心处理单元（CPU）负责系统信号处理，另外，集成一些外围接口单元，比如安防报警、GSM 模块、控制回路、输入/输出模块等，每个应用模块都独立布线连到网关主机。● 单独布线，需要较大的线路数量和长度，且布线复杂，成本高。优点：稳定可靠，通信质量好，速度快，容量大。星型布线方式的应用场景大致有两类：要求联网报警、信息互动的小区建设和楼宇智能化控制；传统的安防系统。现场总线起源于20 世纪80 年代，近十年来得到蓬勃发展。采用分布式布线方式，相对于传统的集中式布线技术布线更简单。缺点：需要布置专用总线，施工和材料成本高。各功能模块并接在总线上，与控制主机进行互操作和互应用。图1、图2 为以CAN 总线为例简单图示总线在智能家居中的应用方式。应用于物联网智能家居的典型总线技术有RS- 485、CAN- BUS、C- BUS、RUN- BUS、H- BUS、V- BUS、LnCP- BUS、ECB、AP- BUS、CE- BUS、Lon-Works 等。下面对其中常用的典型总线进行阐述和分析。该总线使用差分电压传输方式，总线节点数有限，使用标准485 收发器时，单条通道的最大节点数为32 个，传输距离较近（ 约1.2km），传输速率低（300～9.6kbit/s），可靠性较差，但对于单个节点来讲，电路成本低，设计容易，实现方便，维护费用较低。从严格意义上讲，RS-485 总线并不是一个完整的总线技术标准，仅仅定义为物理层和链路层的通信标准，但在如中央空调等大型终端中应用广泛。CAN 总线是一种支持分布式控制和实时控制的对等式现场总线网络，使用24V 直流电源，网络特性使用差分电压传输方式。但总线节点数有限，在使用标准CAN 收发器时，单条通道的最大节点数为110 个，传输速率范围是5kbit/s（> 10km）～1Mbit/s（<40m），传输介质可以是双绞线、光纤等，任意两个节点之间的传输距离可达10km。对单个节点，设计时需要一定的技术基础，但电路成本不高，维护费用较低，性价比较高。LonWorks 总线技术依据ISO/OSI 7 层模型标准，采用三层网络结构：域、子网和节点；使用48 位ID神经元芯片，节点数量没有限制，传输距离较远（约2.7km），传输速率快（300~1.25Mbit/s），传输可靠性较高。对于单个节点，电路成本高，设计难度较大，维护费用高。AP BUS 总线是目前唯一拥有中国自主知识产权的总线技术。它是一种针对家庭、全分布式的智能控制网络技术，这一点与Lon Works 技术相似。该技术具有防通信冲突机制，双向通信能力、互操作性和互换性，控制部件可编程。信号传输速率和系统容量则与CE-BUS 一样，分别是10kbit/s 和4G。该技术采用24V 直流电源，以10kbit/s 的传输速率用双绞线作为传输媒体很容易实现。总线的双绞线结构，使得网络既可作为数据传输，也可作为电能供应。各总线类型的区别主要是各通信协议不同，但拓扑结构和实现方式基本相同，采用二线制总线型结构，支持任意拓扑结构布线，如星型和环状结构，传输介质为双绞线、同轴电缆或光缆。总线系统中各部分彼此独立实现功能，安装布置灵活，使之成为最稳定、最具潜力的连接方式。电力线载波技术一直备受关注，其相关技术也不断发展，在智能抄表系统、低数据量的室内智能控制系统等要求不严格的场合，电力线载波的应用越来越普遍。电力线载波起源于美国，主要包含X10、PLC- BUS、UPB 等技术。X-10 通信协议适用于X-10 发送器与接收器之间，以电力线缆为通信媒体。缺点在于许多设备间进行单向通信，没有反馈机制，控制元素不完善，通信媒体单一，通信速率较低。荷兰PLC-BUS 技术，是一种高稳定性及较高性价比的双向电力线通信总线技术。由三部分组成：发射器、接收器和系统配套设备。该系统对弱电布线的唯一要求是每个物联网应用终端都必须同时使用零线和火线。其他的电力线控制技术在系统功能、可靠和成本上均无法与之比拟。电力线载波无需重新架设网络，利用电力线以载波注入高频脉冲的方式传输模拟或数字信号。目前国内主要是窄带载波技术，分调频载波和调相载波，各种载波的中心频率不同，理论上单级连接就可以达到2km 的通信距离。在输入输出端加装阻波器和滤波器后能比较好地实现应用。但存在以下明显缺点：● 配电变压器对电力载波有阻碍作用，信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。● 不能应用于三相配电系统。三相电力线间有很大信号损失（10～30dB），通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。● 交流电脉冲干扰。交流电电压峰值会带来约2ms 的脉冲干扰，为规避此干扰，选择在交流过零点的短时间内传输数据，导致信息传输速率和效率比较低，与交流波形同步不好控制。● 易受电力线上各种杂波干扰，包括：电网不稳定，电力环境差、杂波多。比如，大型机电设备产生的室外强干扰，增加或更换电器产生的室内干扰。● 电力线对载波信号存在较大削减，当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达欧姆级或更低，对载波信号造成高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几千米。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。对于依靠电力网交流供电的载波通信设备，在线路故障或停电情况下将无法解决信号传输问题。不过，宽带载波技术，提高了电力线载波的传输速率，增强了抗干扰性，但是成本较高，且国内条件不足（宽带网建设留给电力载波的空间不宽裕），技术不完善，干扰和传输问题不会彻底解决。另外，国内的室内供电布线大多采用单火线布线，这样就对于电力载波的应用带来更大限制。但是，基于电力线载波技术无需重新布线且电网分布广泛，电力线使用寿命长，安装设置简单等特点，在数据量不大、通信质量要求不高、使用范围小的场合得到了广泛应用。而且成本低、产品价格适中、功能相对比较强大和实用，在大众化消费领域是一项比较健康、安全、环保的技术。随着技术的不断发展，电力线载波将是未来十分具有潜力的技术。Wi-Fi 是一种可将个人电脑、手持设备、智能主机等终端以无线方式互相连接的宽带、短程无线传输技术，能随时随地方便设备接入互联网。其突出优势在于：无线电波覆盖范围广，半径可达100m；传输速度快，可达到11Mbit/s。但对于物联网局部通信来说存在功耗高、协议复杂、成本高、硬件需求高等缺点。常见应用是作为智能网关接入互联网或者实现移动设备控制。蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线技术，能在包括移动电话、PDA、笔记本电脑、无线耳机、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。缺点是通讯距离短，一般在10m 内；只能点对点通信，即使采用无线方式将多个蓝牙设备连接成微微网，但也只能寻址8 个设备。但其传输速率快，2.0 版为2Mbit/s。一般用于短距离的高带宽性大容量的音视频和图像多媒体及数据网络，在物联网系统中应用少。Zigbee 可工作在2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）、915MHz（美国）3 个频段上，分别具有250kbit/s、20kbit/s、40kbit/s 的传输速率，传输距离在几十至几百米之间，范围依赖于传输功率与信道环境（一般30m 左右）。我国使用的是2.4G Zigbee 技术，具有低功耗、低成本、低复杂度、自组网、网络容量大、可靠安全等特点。● 低功耗：收发信息功耗低，具有休眠模式，使得Zigbee 节点非常省电，电池工作时间可长达3 个月到2 年。● 网络容量大：一个Zigbee 网络最多可有255 个Zigbee 网络节点，一个主控设备，其余为从属设备，通过网络协调器，整个网络最多可以支持超过64000 个Zigbee 节点。而且各协调器可以相互连接，整个Zig- bee 网络节点数目可以做到很大。● 可靠安全：Zigbee 提供了碰撞避免机制、数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了多级数据保护。2.4G Zigbee 的理论搜索时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。该频段为ISM 免许可证使用，无相应组织机构或者联盟约束，无固定通信协议，开放性强。315MHz/ 433MHz 数据收发速率为1.2~9.6 kbit/s，传输距离与发射功率有关，一般在几十米（20m）至几百米（800m，开阔环境）之间。此频段抗干扰能力弱，组网不便，可靠性不高。315MHz/433MHz 无线技术的优势有：通信实现简单、利用方便、绕射性能好、组合方式灵活多变、可自组网、功耗低等；其缺点是传输速率低、抗干扰能力弱、可靠性较差、组网不便等。对于实现开/关类型的室内控制时延小、布置灵活方便。在现行室内智能系统应用普遍。红外技术优点：带宽大、传输可靠、成本低。缺点：传输距离近，不能绕射。在无线通信领域有所使用，比如大容量音视频传输等。通过以上对物联网室内应用各种主要组网方式的分析，有线布线可靠性高、容量大；无线网络技术则有着无须布设线路、安装方便、高灵活性和移动性等优势。物联网应用中组网方式很多，不同层次中多种方式都有应用。无论怎么选择，物联网技术的发展，需要充分利用现有组网方式，开发新通信技术，不断创新，丰富物联网物物相连的桥梁。上海天鹤聚焦于办公楼宇、工厂、医院、酒店、园区等用能安全和数字化节能改造控制。通过物联网和大数据统一采集和场景化的算法分析，对办公楼宇节能减碳，中央空调系统和空压机系统节能改造，配电房安全监测等进行精细化能耗监测和管理控制，旨在满足用户实时智慧监测、节能减碳、安全运维、数字化管理等方面的管理需求.
