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六种常用的物联网通信协议

由于物联网已成为IT专业人员的热门话题,因此我们将这里简单介绍一下物联网设备中最常用的通信协议。

作者:Twain Taylor来源:物联之家网|2019-12-03 12:16

随着物联网设备数量的持续增加,这些设备之间的通信或连接已成为一个重要的思考课题。根据Gartner的研究,到2020年,物联网设备数量将达到204亿台。这里有几个可用的物联网通信协议,它们具有不同的性能、数据速率、覆盖范围、功率和内存,而且每一种协议都有各自的优点和或多或少的缺点。其中一些通信协议只适合小型家用电器,而其他一些通信协议则可以用于大型智慧城市项目。

常用的物联网通信协议

由于物联网已成为IT专业人员的热门话题,因此我们将这里简单介绍一下物联网设备中最常用的通信协议。

一、蓝牙低功耗(BLE)

蓝牙低功耗(BLE)是蓝牙的增强版本,它也是应用最早、最广泛的无线技术之一,可在大约10米的短距离内进行有效通信。蓝牙的概念是由爱立信公司的Nils Rydbeck在1989年提出的。在2001年和2004年之间,它被进一步优化为功耗更低、成本更低的版本,例如蓝牙低功耗(BLE)协议或Nokia的智能蓝牙。它旨在保持通讯范围的同时显著降低能耗。由于这种属性,蓝牙已成为物联网设备的主要协议。目前,它被用于所有的主流操作系统,包括iOS、安卓、微软手机、草莓、OS X、Linux和Windows等。蓝牙技术的最新版本是5.0,它增加了创新的网络协议支持配置文件(IPSP)。目前,它已针对物联网设备进行了全面的开发与优化。

二、WiFi

WiFi是另一种广泛用于物联网设备间通信的协议。如今WiFi已经成为我们生活中不可或缺的一部分,因为它使用了大量的基础架构,可以快速地传输数据(每秒高达数百兆),并具有处理大量数据传输的能力。对于许多电子设备的设计者来说,WiFi因为其承载的基础架构而成为优秀选择。使用WiFI的两台设备之间的通信距离大约为50米,这远高于使用蓝牙技术通信的设备。

WiFi基于IEEE 802.11系列标准,其第一个版本于1997年发布。该版本能够提供高达2Mbit/s的链接速度。目前,WiFi最常用的标准是基于IEEE 802.11的802.11n,但802.11ac的使用也在快速增长。较新的版本提供了比802.11n更快的通信速度。(来源物联之家网)尽管WiFi非常适合物联网设备间通信,但其运行耗能比较高。不过,无论如何,它都是目前大多数物联网设备之间进行文件传输的比较强大的协议。

三、ZigBee

ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的短距离无线通信协议,其工作频率是2.4GHz,数据速率为250kbps。ZigBee之所以适合在物联网设备之间进行有效通信,就在于它具有低耗能、高扩展性、安全性、持久性以及高节点数的属性。不仅网络的最大节点数可以达到1024个,最远距离达到200米,而且ZigBee甚至可以使用128位AES加密算法。

ZigBee规范(IEEE 802.15.4-2003) 于2004年12月14日首次得到批准,2005年发布。ZigBee协议的理想设计是用于家庭自动化和大型工业站点,因为这些地方要求低功耗,而且在低数据速率下家庭或建筑物之间的数据交换并不频繁。将ZigBee作为物联网设备间通信的首选模式的用户基数很大。

ZigBee的最新版本是ZigBee 3.0,这个版本可以认为是几个ZigBee无线标准的所有功能的集合。像城区的街道照明和电表这样要求低耗能的电子系统都使用ZigBee协议来作为物联网设备间通信的首选模式。ZigBee协议也能用于安全系统和智能家居。

四、Z-Wave

与ZigBee类似,Z-Wave是低功耗射频通信协议,主要用于家庭自动化系统和电子设备,如灯控制器和传感器。Z-Wave通信协议的频率是900MHz,范围是30-100米,因此,该协议与其他无线协议(如WiFi、蓝牙、运行频率为2.4GHz的ZigBee等)的干扰可以忽略不计。它的数据速率范围大约从40kbps到100kbps。

与其他协议相比,Z-Wave协议更简单,因此可以轻松地以更快的速度开发。Z-Wave中使用的无线电频段是所在国/地区的特定频段。例如,868.42 MHz SRD频段(欧洲)、900 MHz ISM或908.42 MHz频段(美国)、916 MHz频段(以色列)、919.82 MHz频段(香港)、921.42 MHz频段(澳大利亚/新西兰)、865.2 MHz频段(印度)。

五、远程广域网(LoRaWAN)

远程广域网(LoRaWAN)是一种通信协议,主要用于区域、国家或全球的由电池供电的远程无线物联网设备。它因能以很低的功耗进行远距离通信而闻名,还能检测到噪音水平下的信号。(来源物联之家网)该协议主要用于智慧城市,那里的大型网络拥有数百万台彼此连接的设备,这些设备以较小的电池和内存运行。LoRaWAN的数据速率是0.3kbps至50kbps。

智能街道照明是使用LoRaWAN协议的实际实例,其中路灯与使用LoRaWAN协议的LoRa网关连接。网关再与云应用程序连接,该应用程序完全控制灯泡的亮度,并根据环境中的自然光照进行调节。

六、近场通信(NFC)

近场通信(NFC)是一种简单且安全的协议,可以简化物联网设备之间的双向通信。它主要使用两个环形天线的近场电磁感应。它专为智能手机设计,允许用户进行非接触式支付交易。它还帮助用户访问电子内容并连接电子设备。基本上,它拓展了非接触卡技术的功能,使得物联网设备可以在大约不到4厘米的近距离内分享信息。

NFC协议的数据速率为106kbps至424kbps。由于NFC协议是短距离通信协议,因此功耗更低。它设置时间更少,并不要求设备配对。也是由于短距离通信,因此大大降低了对环境中其他网络的有害干扰的可能性。

物联网通信协议: “很好的选择”vs.“很适合的选择”

今天,应用最广的物联网通信协议是蓝牙和WiFi,但NFC正在快速发展。很难确定以上讨论的通信协议哪种最适合物联网设备,但是赢家肯定是在大多数新制造的物联网设备和手机上可以轻松使用且速率适宜的那种协议。然而,基于目前各种各样的用例,问题的关键不是找到“很好的”选择,而是根据需求找到“最适合的”选择。例如,如果您需要通过网络传输大量数据和文件,WiFi将是理想的选择,而如果您想使用非接触卡技术即时付款,NFC将是首选。总之,成功的通信协议完全取决于您希望达成的目标。

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【责任编辑:华轩 TEL:(010)68476606】

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