物联⽹常见通信协议RFID、NFC、Bluetooth、ZigBee
1  概述
在上⼀篇⽂章《物联⽹常见与通讯协议梳理【上】-通讯协议》中，对物联⽹常⽤通信协议和通讯协议作了区分，并对通讯协议进⾏了分享；本⽂将对常⽤的通信协议进⾏剖析，重点⾯向市场上使⽤率较⾼的，且⼜不是诸如TCP/IP之类⽼⽣常谈的。
2  近距离通信协议
2.1  RFID
RFID的空中接⼝通信协议规范基本决定了RFID的⼯作类型，RFID读写器和相应类型RFID标签之间的通讯规则，包括：频率、调制、位编码及命令集。ISO/IEC制定五种频段的空中接⼝协议。
（1）ISO/IEC 18000-1《信息技术－基于单品管理的射频识别－第1部分：参考结构和标准化的参数定义》。它规范空中接⼝通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每⼀个频段对应的标准不需要对相同内容进⾏重复规定。
（2）ISO/IEC 18000-2《信息技术－基于单品管理的射频识别－第2部分：135KHz以下的空中接⼝通信⽤参数》。它规定在标签和读写器之间通信的物理接⼝，读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能⼒；规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞⽅法。
（3）ISO/IEC 18000-3《信息技术－基于单品管理的射频识别－第3部分：参数空中接⼝通信在13.56MHz》。它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。关于防碰撞协议可以分为两种模式，⽽模式1⼜分为基本型与两种扩展型协议（⽆时隙⽆终⽌多应答器协议和时隙终⽌⾃适应轮询多应答器读取协议）。模式2采⽤时频复⽤FTDMA协议，共有8个信道，适⽤于标签数量较多的情形。
（4）ISO/IEC 18000-4《信息技术－基于单品管理的射频识别－第4部分：2.45 GHz空中接⼝通信⽤参数》。它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。该标准包括两种模式，
模式1是⽆源标签⼯作⽅式是读写器先讲；模式2是有源标签，⼯作⽅式是标签先讲。
（5）ISO/IEC 18000-6《信息技术－基于单品管理的射频识别－第6部分：860 MHz - 960 MHz空中接⼝通信参数》。它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三种⽆源标签的接⼝协议，通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的，并于2006年7⽉获得批准，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能⼒、抗⼲扰等⽅⾯有较⼤提⾼。2006年递交V4.0草案，它针对带辅助电源和传感器电⼦标签的特点进⾏扩展，包括标签数据存储⽅式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较⼤范围的读取能⼒和更强的通信可靠性，不过其尺⼨较⼤，价格也更贵⼀些。
（6）ISO/IEC 18000-7《信息技术－基于单品管理的射频识别－第7部分：433 MHz有源空中接⼝通信参数》。它规定读写器与标签之间的物理接⼝、协议和命令再加上防碰撞⽅法。有源标签识读范围⼤，适⽤于⼤型固定资产的跟踪。属于有源电⼦标签。
此外，还有3个常⽤的RFID协议：
（1）ISO/IEC 14443《识别卡—⽆触点集成电路卡—邻近卡》
国际标准ISO 14443定义了两种信号接⼝：TypeA和TypeB。ISO 14443A和B互不兼容。
⼀、ISO 14443 TypeA
ISO 14443 TypeA
(也称ISO 14443A)⼀般⽤于门禁卡、公交卡和⼩额储值消费卡等，具有较⾼的市场占有率。
举例：
1）MIFARE ULtralight(MFO ICU1X)：国内常称U10。此芯⽚没有加密功能，只能系统加密，内存是64个字节，典型应⽤：⼴深⾼速⽕车票。(另：MIFARE ULtralight C，也叫U20，此芯⽚可以加密，内存是192个字节)。这两个芯⽚的内码位数都是⼀样的，不过内码数据时不同的。(国内兼容芯⽚有FM11RF005内存64个字节、BL75R12内存64个字节等)
2）MIFARE Std 1k(MF1 IC S50)：国内常称MF1 S50。主要应⽤在⼀卡通⽅⾯。内存1KB，有16个扇区，每个扇区有4个块，每个块16个字节。初始密码是12个F。(国内兼容芯⽚有FM11R08、ISSI4439、TKS50、BL75R06等)
3）MIFARE Std 4k(MF1 IC S70)：国内常称为MF1 S70。主要应⽤在⼀卡通⽅⾯。内存4KB，共40个扇区，前⾯32个扇区跟S50⼀样，每个扇区有4个块，后⾯8个扇区是16个块，每个块都是16个字节。初始密码是12个F。(国内兼容芯⽚有ISSI4469、FM11RF32以及华⼤的S70)。
4）Mifare DESFire 4k(MF3 IC D41/D40)：国内常称为MF3。典型应⽤：南京地铁。
5）SHC1102：上海华虹⽣产。典型应⽤：上海⼀卡通。
⼆、ISO 14443 TypeB
ISO14443B由于加密系数⽐较⾼，更适合于CPU卡，⼀般⽤于⾝份证、护照、银联卡等，⽬前的第⼆代电⼦⾝份证采⽤的标准是
ISO 14443 TypeB协议。
举例：
1）SR176：瑞⼠意法半导体(ST)⽣产。
2）SRIX4K：瑞⼠意法半导体(ST)⽣产。
3）THR1064：北京同⽅⽣产。典型应⽤：奥运门票。
4）AT88RF020：美国爱特梅尔(ATMIL)⽣产。典型应⽤：⼴州地铁卡。
5）第⼆代居民⾝份证：上海华虹、北京同⽅THR9904、天津⼤塘和北京华⼤⽣产。
（2）ISO/IEC 15693《识别卡—⽆接触点集成电路卡—近距卡》
ISO 14443A/B的读写距离通常在10cm以内，应⽤较⼴。但ISO 15693的读写距离可以达到1m，应⽤较灵活，与ISO 18000-3兼容(我国的国家标准很多与ISO 18000⼤部分兼容)。
举例：
1）ICODE SLI(SL2ICS20)：国内常称ICODE 2(内存是1Kbit)，此型号常⽤。国内兼容有BL75R05、FM1302N。(另：ICODE SLI-S内存是2048bit，ICODE SLI-L内存是512bit，这两款芯⽚在国内不常⽤。)
2）Tag-it HF-1 Plus：国内常称Tl2048，美国德州仪器公司(简称TI公司)⽣产。
3）EM4135：瑞⼠EM⽣产。
4）BL75R04：上海贝岭⽣产以及FM1302T(复旦⽣产)，兼容TI公司的Tag-it HF-1 Plus。
（3）ISO 18092《信息技术系统间近距离⽆线通信及信息交换的接⼝和协议》
NFC协议，对近距离⽆线通信技术进⾏了⼀些规范。NFC属于RFID范畴，但⼜与RFID有⼀些区别，因此本⽂将单独⼀⼩节对NFC进⾏阐述。
2.2  NFC
2.2.1  NFC概述
近距离⽆线通信NFC是Near Field Communication缩写，即近距离⽆线通讯技术，是⼀种短距离的⾼频⽆线通信技术，允许电⼦设备之间进⾏⾮接触式点对点数据传输（在10厘⽶内）交换数据。
NFC提供了⼀种简单、触控式的解决⽅案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。这
个技术由免接触式射频识别（RFID）演变⽽来，并向下兼容RFID，最早由Philips、Nokia和Sony主推，主要可能⽤于⼿机等⼿持设备中。由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在⼿机⽀付等领域具有很⼤的应⽤前景。NFC将⾮接触读卡器、⾮接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进⼀块单芯⽚，为消费者的⽣活⽅式开创了不计其数的全新机遇。
这是⼀个开放接⼝平台，可以对⽆线⽹络进⾏快速、主动设置，也是虚拟连接器，服务于现有蜂窝状⽹络、蓝⽛和⽆线802.11设备。和RFID不同，NFC采⽤了双向的识别和连接。在20cm距离内⼯作于13.56MHz频率范围。它能快速⾃动地建⽴⽆线⽹络，为蜂窝设备、蓝⽛设备、Wi-Fi设备提供⼀个“虚拟连接”，使电⼦设备可以在短距离范围进⾏通讯。
2.2.2  NFC技术原理
NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。
在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中⼀种传输速度，将数据发送到另⼀台设备。另⼀台设备称为NFC⽬标设备(从设备)，不必产⽣射频场，⽽使⽤负载调制(load modulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。 移动设备主要以被动模式操作，可以⼤幅降低功耗，并延长电池寿命。电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当⽬标设备，⽽不是发起设备。
在主动模式下，每台设备要向另⼀台设备发送数据时，都必须产⽣⾃⼰的射频场。这是对等⽹络通信的标准模式，可以获得⾮常快速的连接设置。
2.2.3  NFC应⽤
NFC技术的应⽤可以分为四种基本的类别：
（1）接触通过(TouchandGo)，如门禁管制、车票和门票等，使⽤者只需携带储存着票证或门控密码的移动设备靠近读取装置即可。（2）接触确认(TouchandConfirm)，如移动⽀付，⽤户通过输⼊密码或者仅是接受交易，确认该次交易⾏为。
（3）接触连接(TouchandConnect)，如把两个内建NFC的装置相连接，进⾏点对点数据传输，例如下载⾳乐、图⽚互传和同步交换通讯簿等。
（4）接触浏览(TouchandExplore)，NFC设备可以提供⼀种以上有⽤的功能，消费者将能够通过浏览⼀个NFC设备，了解提供的是何种功能和服务。
2.3  Bluetooth
2.3.1  起源
蓝⽛的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand -英译为Harold Bluetooth(因为他⼗分喜欢吃蓝梅，所以⽛齿每天都带着蓝⾊)。他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统⼀起来。⽤他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局⾯统⼀起来的意思。
1998年5⽉，爱⽴信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名⼚商，在联合开展短程⽆线通信技术的标准化活动时提出了蓝⽛技术，其宗旨是提供⼀种短距离、低成本的⽆线传输应⽤技术。
2.3.2  蓝⽛技术的规范及特点
蓝⽛技术是⼀种⽆线数据与语⾳通信的开放性全球规范，⼯作在全球通⽤的2.4GHz ISM(即⼯业、科学、医学）频段，标准是
IEEE802.15，⼯作在2.4GHz频带，带宽为1Mb/s。
它以低成本的近距离⽆线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建⽴⼀个特别连接。以时分⽅式进⾏全双⼯通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。⼀个跳频频率发送⼀个同步分组，每个分组占⽤⼀个时隙，使⽤扩频技术也可扩展到5个时隙。 同时，蓝⽛技术⽀持1个异步数据通道或3个并发的同步话⾳通道，或1个同时传送异步数据和同步话⾳的通道。每⼀个话⾳通道⽀持64kb/s的同步话
⾳；异步通道⽀持最⼤速率为721kb/s，反向应答速率为57. 6 kb/s的⾮对称连接，或者是432. 6 kb/s的对称连接。
依据发射输出电平功率不同，蓝⽛传输有3种距离等级：
Class1为100m左右；
Class2约为10m；
Class3约为2-3m。
⼀般情况下，其正常的⼯作范围是10m半径之内。在此范围内，可进⾏多台设备间的互联。
通信协议
2.3.3  蓝⽛版本
⽬前蓝⽛发展到了蓝⽛5.0：
下⾯对现阶段主要版本蓝⽛技术的特性做⼀个详细的介绍：
⼀、版本1.1
传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之间的类似通信产品⼲扰，影响通讯质量。这个初始版本⽀持Stereo⾳效的传输要求，但只能够以（单⼯）⽅式⼯作，加上带宽频率响应等指标不理想，并未算是最好的Stereo传输⼯具。
⼆、版本1.2
同样是只有748~810kb/s的传输率，但增加了(改善Software)抗⼲扰跳频功能。⽀持Stereo⾳效的传输要求，但只能够作（单⼯）⽅式⼯作，加上带宽频率响应还是不理想，也不能作为⽴体声（Stereo）传输⼯具。
三、版本2.0
2.0是1.2的改良提升版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s，可以有（双⼯）的⼯作⽅式。即⼀边作语⾳通讯，同时亦可以传输档案/⾼质素图⽚，2.0版本当然也⽀持Stereo运作。随后蓝⽛2.0版本的芯⽚，增加了Stereo译码芯⽚，则连A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）也可以不需要了。
四、版本2.1
为了改善蓝⽛技术存在的问题，蓝⽛SIG组织（Special Interest Group）推出了Bluetooth 2.1+EDR版本的蓝⽛技术。改善装置配对流程：以往在连接过程中，需要利⽤个⼈识别码来确保连接的安全性，
⽽改进过后的连接⽅式则是会⾃动使⽤数字密码来进⾏配对与连接，举例来说，只要在⼿机选项中选择连接特定装置，在确定之后，⼿机会⾃动列出当前环境中可使⽤的设备，并且⾃动进⾏连结；⽽短距离的配对⽅⾯：也具备了在两个⽀持蓝⽛的⼿机之间互相进⾏配对与通讯传输的NFC（Near Field Communication）机制；更佳的省电效果：蓝⽛2.1版加⼊了SniffSubrating的功能，透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的⽬的。蓝⽛2.1将装置之间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的0.1秒延长到0.5秒左右，如此可以让蓝⽛芯⽚的⼯作负载⼤幅降低，也可让蓝⽛可以有更多的时间可以彻底休眠。根据官⽅的报告，采⽤此技术之后，蓝⽛装置在开启蓝⽛联机之后的待机时间可以有效延长5倍以上，开始⽀持全双⼯通信模式。
五、版本3.0+HS
2009年4⽉21⽇，蓝⽛技术联盟(BluetoothSIG)正式颁布了新⼀代标准规范"BluetoothCoreSpecificationVersion3.0HighSpeed"(蓝⽛核⼼规范3.0版⾼速)，蓝⽛3.0的核⼼是"Generic Alternate MAC/PHY"(AMP)，这是⼀种全新的交替射频技术，允许蓝⽛协议栈针对任⼀任务动态地选择正确射频。最初被期望⽤于新规范的技术包括802.11以及UMB，但是新规范中取消了UMB的应⽤。作为新版规范，蓝⽛3.0的传输速度⾃然会更⾼，⽽秘密就在802.11⽆线协议上。通过集成"802.11PAL"(协议适应层)，蓝⽛3.0的数据传输率提⾼到了⼤约24Mbps(即可在需要的时候调⽤802.11WI-FI⽤于实现⾼速数据传输)，是蓝⽛2.0的⼋倍，可以轻松⽤于录像机⾄⾼清电视、PC⾄PM
P、UMPC⾄打印机之间的资料传输。功耗⽅⾯，通过蓝⽛3.0⾼速传送⼤量数据⾃然会消耗更多能量，但由于引⼊了增强电源控制(EPC)机制，再辅以802.11，实际空闲功耗会明显降低，蓝⽛设备的待机耗电问题有望得到初步解决。此外，新的规范还具备通⽤测试⽅法(GTM)和单向⼴播⽆连接数据(UCD)两项技术，并且包括了⼀组HCI指令以获取密钥长度。据称，配备了蓝⽛2.1模块的PC理论上可以通过升级固件让蓝⽛2.1设备也⽀持蓝⽛3.0。联盟成员已经开始为设备制造商研发蓝⽛3.0解决⽅案。
六、蓝⽛4.0
（1）简介
蓝⽛4.0为蓝⽛3.0的升级标准蓝⽛4.0最重要的特性是省电，极低的运⾏和待机功耗可以使⼀粒纽扣电池连续⼯作数年之久。此外，低成本和跨⼚商互操作性，3毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特⾊，可以⽤于计步器、⼼律监视器、智能仪表、传感器物联⽹等众多领域，⼤⼤扩展蓝⽛技术的应⽤范围。
（2）主要特点

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。