物联网通信技术总结与分析 - 信息谷 - ICITU

现在是一个万物互联的时代，既然要实现万物互联，各个物联网设备之间的通信就是一个不可回避的问题。我们常用的单片机的接口比如spi，i2c，uart等等，都属于有线连接，而且寻址和传输协议也相对来说比较简单，这也就决定了它们的主要适用范围主要是板级通信，传输速度不会太远。有线连接中，能够实现较远距离传输的，就是网络接口。借助互联网基础设施中的路由器、交换机以及光纤等转接和传输设备，基于复杂的TCP/IP协议栈，人类构建了庞大的互联网体系，并在此体系上衍生出了各种各样的应用，极大地提供了人们获取信息的速度。

但是，随着越来越多的设备都需要连接在网络上，进一步提高设备的在线能力，只靠有线通信已经越来越不能满足需求。所以无线通信技术蓬勃发展起来，这里面比较常见的通信协议，包括wifi，蓝牙，zigbee，2G，3G，4G，5G等等。这些无线通信协议，都有着自己的技术优势和劣势，以及时代性。目前来看，除去运营商覆盖的网络或者说移动通信网络（2G，3G，4G，5G等）外，最为常用的就是wifi和蓝牙通信技术，它们可以被认为是近距离通信（或者说固定无线通信）的解决方案中的佼佼者，比如我们的手机上一般都会配有wifi和蓝牙通信模块。其中wifi通信，因其天然具有连接互联网能力，所以应用范围更为广泛。

总体上来说，Wifi和蓝牙通信技术各有各的优势，wifi通信传输的数据量比较大，但是功耗高；蓝牙通信技术，数据传输速度相对要慢一些，但是功耗低。

另外，Wifi覆盖的范围相对蓝牙来说也更为广泛，覆盖半径可以达到300m，在家庭和办公室使用肯定是可以的。随着wifi技术的发展，有些wifi网络甚至可以覆盖整个办公大楼。蓝牙则不同，它的覆盖范围往往只有十几米。在频段上，蓝牙一直工作在2.45Ghz这个频段；但是Wifi目前有两个频段范，一个是2.4G频段，一个是5G频段。从上面的描述可以看出来，wifi要实现这些功能，具备强悍的穿墙能力肯定是必须的了，但是他们的工作频段是却是一样的，那么一个重要的区别就是他们的功率不一样了：Wifi的功率相对来说非常大，所以能够穿墙。如果从功耗方面来讲，设计10m有效传输距离的蓝牙模块，其功耗只有2.5mW左右，指望它实现穿墙功能，也是难为它了。

但是蓝牙的超低功耗对于其在电池供电的场景中的使用，提供了非常具有竞争力的优势，所以很多智能门锁主要的通信手段是蓝牙通信。因为Wifi通信功耗太高，一般不太适合电池供电的场景中。

我们今天着力分析物联网应用中的wifi模组。那么我们这里遇到的第一个问题，就是为什么我们这里提到的是模组，而不是模块呢？wifi模组和芯片有什么样的区别呢？单纯从名字上来看，wifi模组包含的东西就要比芯片要多。多出来的东西主要是什么呢？一般来说，主要是RF射频模块，存储芯片以及Wifi协议栈的实现。RF射频模块的开发，对信号质量，信号完整性都要求比较高，当然其开发难度也比较大，需要的设备也比较多。这个对小批量产品或者需要快速出货的产品，是一个极高的成本。另外，对一些技术能力较弱的公司，也是一个门槛。因此，市场上就出现了专门生产模组的公司，他们利用自己的技术实力把wifi芯片+存储芯片+射频模块等封装在一起，形成一个统一的解决方案。然后再通过通过商业营销，通过大规模的出货，去平摊他们的研发成本，并从中赚到一定的利润。这对物联网的开发者以及他们自己来说，都是一个双赢的方案。如果某款产品的出货量确实非常大，得到了市场的验证以后，这个时候它的开发者有能力也有动力去选择自己去开发wifi模块，去进一步降低成本或者作出更具特色的解决方案。实际上，从商业的角度讲，一般情况下使用通用的wifi模组可能成本更低，因为它的出货量更大。再一个，这些通用的WiFi模组，在实际应用中可能已经经历过各种各样实际场景的检验，进而模组的厂家可能会有不断的产品迭代，所以它的稳定性应该更为可靠。当然这些都是建立在选对wifi模组的基础之上的，如果选错了产品，可能就会适得其反。

那么我们该如何使用wifi模组呢？这里有两种方式，一种是直接使用wifi模组内部的单片机进行控制及数据采集功能的实现，不过模组内部的单片机一般情况下，性能相对来说没有那么强大而且引脚数量也受限，所以这种方案只能用在功能简单的场景中。再一个，是我们自己根据实际功能的需求，选择匹配的单片机；wifi模组呢，只是作为一个透传的工具而已。具体怎样使用，可以根据自己的实际情况来确定。

不管实现方式有何不同，wifi模组的使用者一般都只能使用AT命令来操作模组里面集成的wifi模块。当开发者参照模组说明，使用AT指令操作wifi模组时，wifi模组就可以按照命令进行正确的工作，比如联网什么的。

那么我们刚才提到的透传是什么意思呢？一般情况下，我们的主控单片机和wifi模组之间使用的是UART通信，主控单片机通过UART接口发送AT指令给我们的wifi，wifi模组收到指令之后，就按照AT指令的内容进行工作了。因此，从表面上看，我们的wifi模组好像不存在一样，就像我们使用uart接口在进行联网操作。这种场景下，wifi模组可以理解为一个透传模块。因为这种使用方式，我们需要使用两个单片机，相对来说成本比较高一些。但是因为我们要实现相对复杂的功能，如果wifi模组内部的单片机实现不了我们想要的东西，这个也是一个没有办法的选择。

这里我们拿市场上比较火（使用相对来说较为简单，或者说可能出货量比较大）的一块wifi芯片ESP8266来举例，它自己的内核本身就是一款32位的MCU，内核是Tensilica L1o，采样的是cortex-M3的架构，主频高达135Mhz，有一个32位的乘法器，一个定时器，15个中断。对于简单的IOT产品，ESP8266完全可以兼任MCU主控的工作，这样可以进一步降低成本。