物联网协议基础知识

协议允许节点以结构化的方式在它们之间进行交互。由于物联网设备的需求和用例在过去几年中迅速发展,协议也随之发展。总而言之,主要有两类协议:网络协议和数据协议。此分类来自广泛应用于 IT 通信网络的 OSI(开放系统互连)模型。

下面您可以对主要的物联网网络协议有一个大致的了解。

蓝牙: 该协议工作在 2.4 GHz 频率范围内,可用于短距离(<100 m)应用。低功耗蓝牙 (BLE) 是其进一步发展的一步,它显着降低了该协议所需的功耗。这种类型有利于传输来自传感器或可穿戴设备的少量数据。节点网络布局示例如图 3 所示。

智能家居中蓝牙物联网网络节点的示例。

图 3.智能家居中蓝牙 IoT 网络节点的示例。

蜂窝:当前的蜂窝基础设施也可用于扩展物联网节点的通信能力。根据所选频段和特定技术,它可能足以满足低功率应用(例如,2G)以及高数据速率应用(例如,LTE)。此外,还有蜂窝通信的子类型,例如 LTE-M 和 NB-IoT,它们的诞生分别是为了提供更多的数据带宽或更低的功耗。

LoRaWAN:它是一种低功耗广域(LPWA)协议,专为电池供电系统而设计。它在 sub GHz 433/868/915 MHz 和 2.4 GHz 范围内运行。LoRaWAN网络通常遵循星形拓扑,其中的元素是:终端节点、网关和一组服务器。OSI 参考模型如图 4 所示。

图 4.LoRa和 LoRaWan 的 OSI 参考模型。

近场通信(NFC): NFC工作在13.56 MHz频段,范围为几厘米。这种类型的通信用于扩展近距离接触通信。在 NFC 中,有一个有源节点(例如智能手机)生成为标签供电的射频场。它工作在13.56 MHz频段,范围为几厘米。

Sigfox: Sigfox 使用基于技术的超窄带 (UNB),它在ISM 频段工作,需要专用的基础设施。这意味着它可以在范围内使用,但需要本地运营商。

Wi-Fi:Wi-Fi 连接 的工作频率为 2.4 GHz 和 5 GHz,因其普遍性和高数据速率而被广泛选择。它的主要缺点是功耗高,因此在电池供电的应用中不经常使用。

Wi-Sun: Wi-Sun 是由 Wi-Sun 联盟创建的场域网络 (FAN) 协议,旨在实现低功耗和低延迟。它通过网状拓扑在 sub GHz 频段以及 2.4 GHz 频段运行。

ZigBee: 该通信协议工作在 2.4 GHz 频段,适用于受限区域的短距离(<100 m)。ZigBee专为传输少量信息而设计,即需要真正低延迟的情况,并广泛应用于工业和消费者应用中。ZigBee RF4CE 旨在取代红外遥控器(例如电视和 DVD 系统),并消除遥控器和设备之间的视线需求。

Z-wave:适用于家庭自动化应用(图 5),工作在 ISM 频段,速率高达 100 Kbps。其应用程序遵循网状网络拓扑,多执行 4 个希望。

Z-Wave IoT 网络在家庭中的示例应用。

图 5. Z-Wave IoT 网络家庭应用示例。图片由Qubino提供

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