物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)知識

    協(xié)議允許節(jié)點(diǎn)以結(jié)構(gòu)化的方式在它們之間進(jìn)行交互。由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求和用例在過去幾年中迅速發(fā)展，協(xié)議也隨之發(fā)展。總而言之，主要有兩類協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)協(xié)議。此分類來自廣泛應(yīng)用于 IT 通信網(wǎng)絡(luò)的 OSI（開放系統(tǒng)互連）模型。
    下面您可以對主要的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有一個(gè)大致的了解。

    藍(lán)牙： 該協(xié)議工作在 2.4 GHz 頻率范圍內(nèi)，可用于短距離（<100 m）應(yīng)用。低功耗藍(lán)牙 (BLE) 是其進(jìn)一步發(fā)展的一步，它顯著降低了該協(xié)議所需的功耗。這種類型有利于傳輸來自傳感器或可穿戴設(shè)備的少量數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)布局示例如圖 3 所示。

    智能家居中藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的示例。
    圖 3.智能家居中藍(lán)牙 IoT 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的示例。
    蜂窩：當(dāng)前的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施也可用于擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的通信能力。根據(jù)所選頻段和特定技術(shù)，它可能足以滿足低功率應(yīng)用（例如，2G）以及高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用（例如，LTE）。此外，還有蜂窩通信的子類型，例如 LTE-M 和 NB-IoT，它們的誕生分別是為了提供更多的數(shù)據(jù)帶寬或更低的功耗。

    LoRaWAN：它是一種低功耗廣域（LPWA）協(xié)議，專為電池供電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。它在 sub GHz 433/868/915 MHz 和 2.4 GHz 范圍內(nèi)運(yùn)行。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)通常遵循星形拓?fù)?，其中的元素是：終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和一組服務(wù)器。OSI 參考模型如圖 4 所示。

    圖 4.LoRa和 LoRaWan 的 OSI 參考模型。
    近場通信（NFC）：  NFC工作在13.56 MHz頻段，范圍為幾厘米。這種類型的通信用于擴(kuò)展近距離接觸通信。在 NFC 中，有一個(gè)有源節(jié)點(diǎn)（例如智能手機(jī)）生成為標(biāo)簽供電的射頻場。它工作在13.56 MHz頻段，范圍為幾厘米。
    Sigfox： Sigfox 使用基于技術(shù)的超窄帶 (UNB)，它在ISM 頻段工作，需要專用的基礎(chǔ)設(shè)施。這意味著它可以在范圍內(nèi)使用，但需要本地運(yùn)營商。
    Wi-Fi：Wi-Fi 連接 的工作頻率為 2.4 GHz 和 5 GHz，因其普遍性和高數(shù)據(jù)速率而被廣泛選擇。它的主要缺點(diǎn)是功耗高，因此在電池供電的應(yīng)用中不經(jīng)常使用。
    Wi-Sun： Wi-Sun 是由 Wi-Sun 聯(lián)盟創(chuàng)建的場域網(wǎng)絡(luò) (FAN) 協(xié)議，旨在實(shí)現(xiàn)低功耗和低延遲。它通過網(wǎng)狀拓?fù)湓?sub GHz 頻段以及 2.4 GHz 頻段運(yùn)行。
    ZigBee： 該通信協(xié)議工作在 2.4 GHz 頻段，適用于受限區(qū)域的短距離（<100 m）。ZigBee專為傳輸少量信息而設(shè)計(jì)，即需要真正低延遲的情況，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中。ZigBee RF4CE 旨在取代紅外遙控器（例如電視和 DVD 系統(tǒng)），并消除遙控器和設(shè)備之間的視線需求。
    Z-wave：適用于家庭自動化應(yīng)用（圖 5），工作在 ISM 頻段，速率高達(dá) 100 Kbps。其應(yīng)用程序遵循網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，多?zhí)行 4 個(gè)希望。
    Z-Wave IoT 網(wǎng)絡(luò)在家庭中的示例應(yīng)用。
    圖 5. Z-Wave IoT 網(wǎng)絡(luò)家庭應(yīng)用示例。圖片由Qubino提供