通信协议是指系统实体比如智能照明模块，调光器完成通信所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备模块互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统，要使这个系统内的模块或传感器其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。就好比说话，你说上海话，他说北京话，另一个说闽南语，大家能交流吗？听不懂，听不明白，大家都必须用普通话，才能实现信息内容的正确共享。交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。今天小编就跟您把物联网智能照明控制系统里常见的通讯协议给您聊聊清楚。

1. LoRa

   LoRa (Long Range，远距离)是一种调制技术，与同类技术相比，提供更远的通信距离。由于LoRa调制是物理层（PHY），因此也可将其用于不同的协议和不同网络架构（如Mesh、Star、点对点）等等。可以将LoRa概括为以下几种协议：

（1）LoRaWAN协议

（2）CLAA网络协议

（3）LoRa私有网络协议

（4）LoRa数据透传

LoRa的协议不同，其产品和业务形态也有所不同。

1.1  LoRaWAN协议

     LoRaWAN协议是由LoRa联盟推动的一种低功耗广域网协议，针对低成本、电池供电的传感器进行了优化，包括不同类别的节点，优化了网络延迟和电池寿命。LoRa联盟标准化了LoRaWAN，以确保不同国家的LoRa网络是可以互操作的。

LoRaWAN构建的是一个运营商级的大网，覆盖地区乃至全国的网络。经过几年的发展，目前已建立起了较为完整的生态链：LoRa芯片→模组→传感器→基站或网关→网络服务→应用服务。

在芯片方面，Semtech授权了多家公司做芯片，如ST、Micorochip、华普等，使得芯片产品更为丰富，一芯多源，产品不再受限于一家供应商。未来或许会有更多的厂家授权，生产出满足物联网市场多样化需求的产品来。

在LoRaWAN网络还没有部署好的时候，符合LoRaWAN协议的模组还不能像2G/3G/4G模组等一样自由销售。一般地LoRaWAN模组是与网关或基站的产品搭配一起销售。部分厂家也开源了终端部分，提供网关和网络服务部分的解决方案。

在LoRaWAN的产品中，多数厂家是以提供（云）端到（终）端的解决方案为主，包括模组、网关和网络服务器（Network Server），如NPlink、八月科技、华立、唯传、门思、未来宽带等公司。由于对设备数据的要求不同，LoRaWAN网络服务（NS）有的是私有化部署，有的是部署在公有云或第三方网络服务器上。

LoRaWAN目前还基本上是面向toB的市场，还没有普及到toC市场。一些具有行业或市场资源的公司会较早地部署LoRaWAN网络，改变原有或创造新的应用系统，而低功耗广域网市场的创新活力也在于此。

1.2  LoRa私有网络协议

     在面向小范围节点数不多的应用中，使用LoRaWAN网关部署网络成本就显得高了。用一个或几个SX127x做一个小“网关”或“集中器”，无线连接上百个的SX127x，组建一个小的星型网络，通过自己的LoRa私有通信协议，就可以实现一个简单的LoRa私有网络，这也是一种比较灵活方式。当然，协议也可以是LoRaWAN协议。

1.3  LoRa数据透传

     目前市面上LoRa芯片基本上源于美国SEMTECH的SX127x系列，用LoRa做成透传模块，只进行简单的发送和接收，实现点对点数据的传输，应用相对简单。

2.1 RS232协议

    RS232是一种异步传输标准接口协议。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现 。RS232最常用的连接方式是三根线：一条发送线、一条接收线及一条地线。

电平信号：逻辑1(MARK)=-3V～-15V，逻辑0(SPACE)=+3～+15V

传输距离：RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰（两条传输线上的信号同时变大或变小）等问题，因此一般用于20m以内的通信。 RS232不能实现多机通信。

传输速率：RS232的传输速率较慢，能够达到1Mbps的已经比较少。

2.2  RS485协议

    RS485是RS232升级版的串口协议，一般采用两线制传输：A、B两条传输线。电平信号：-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”，电压为A-B的电压。

传输距离：一般1Km以内都没有问题。理论上，通信速率在100Kpbs及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。RS485可以实现多机通信。

原因：RS485为半双工通信方式，即分时实现收和发。总线空闲的状态下需要保证状态为逻辑1，也就是A-B的电压符合逻辑1的电平值。假设此时1为主机，2和3为从机，数据线的连接方式为1,2,3的A连接在一起，1,2,3的B也连接在一起，不存在RS232连接方式的问题。

异步传输（Asynchronous Transmission）： 异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。

波特率计算：如果设置波特率为115200,数据位为8bit，起始位为1bit，结束位为1bit，校验位为1bit；那1s钟不间断可传送的字符（1bit起始位+8bit数据位+1bit校验位+1bit结束位，共11bit）为115200/11=10472；10472/1024结果约为10.227所以速率约为10kB/ps。

3.1 ZigBee协议栈

    ZigBee协议栈结构是基于标准OSI七层模型的，包括高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体接入层和物理层 。IEEE 802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。两者均基于直接序列扩频（DSSS）技术。

868MHz只有一个信道，传输速率为20kb/s；902MHz～928MHZ频段有10个信道，信道间隔为2MHz，传输速率为40kb/s。以上这两个频段都采用BPSK调制。

2.4GHz～2.4835 GHz频段有16个信道，信道间隔为5MHz，能够提供250kb/s的传输速率，采用O-QPSK调制。为了提高传输数据的可靠性，IEEE 802.15.4定义的媒体接入控制（MAC）层采用了CSMA-CA和时隙CSMA-CA信道接入方式和完全握手协议。

应用汇聚层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，主要包括安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现和业务发现。

3.2  应用领域

（1）家庭和建筑物的自动化控制：照明、空调、窗帘等家具设备的远程控制；

（2）消费性电子设备：电视、DVD、CD机等电器的远程遥控。

（3）PC外设：无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等；

（4）工业控制：使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易；

（5） 医疗设备控制：医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等；

（6）交互式玩具。

远距离蜂窝通信协议

   远距离蜂窝通信协议主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技术下的各电信运营商采用的制式、协议，在这里就不再多为电信运营商和大设备商们摇旗了。
3  远距离非蜂窝通信协议
3.1  ZigBee
3.1.1  ZigBee简介

    ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展（依靠节点数增加）。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点；而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在几十万甚至上百万元人民币，而每个ZigBee网络“基站”（节点）却不到1000元人民币。

3.1.2  技术特点
   ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。

作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:

(1)低功耗(2)成本低(3)时延短(4)网络容量大(5)可靠(6)安全。