子程新辉
ZICHENG ELECTRONIC
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随着物联网设备数量的不断增加,这些设备之间的通信或连接已经成为一个重要的话题。网络生态系统的核心组件是连接和通信。物联网支持远程和分散对象(设备、传感器节点、网关单元、云服务器)之间的连接和通信。通信对于物联网来说非常普遍且至关重要。无论是短距离无线传输技术还是移动通信技术,都影响着物联网的发展。在通信中,通信协议尤为重要,是双方完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。
那么物联网常用的通信协议有哪些呢?
1.蓝牙
蓝牙是一种通用的短路无线电技术。理论上,蓝牙5.0蓝牙可以在100米以上的设备之间进行短线路连接。但实际上应用时大概只能10米。其更大的特点在于不依赖电缆线就能连接到网络并在移动通信设备和计算机上传输材料和信息的能力。现阶段广泛应用于智能机器与智能穿戴设备的结合,以及智能家居、车载移动物联网卡等行业。
2:无线网络
wifi协议和蓝牙协议一样,也得到了很大的发展。由于近几年家用wifi路由器和智能手机的快速普及,wifi协议也被广泛应用于智能家居领域。 wifi协议最大的优点就是可以直接上网。与 zigbee 相比,使用 wifi 协议的智能家居解决方案无需额外的网关。与蓝牙协议相比,省去了对手机等移动终端依赖。相当于蓝牙和zigbee,wifi协议的功耗已经成为其在物联网应用的一大瓶颈。不过随着各大芯片厂商推出低功耗、低成本的wifi SoC(如esp8266),这个问题正在逐渐得到解决。
3.ZigBee
ZigBee,又称紫蜂,是一种用于低速短线路传输的无线网络在线协议,最底层是新闻媒体浏览层和物理层,采用IEEE 802.15.4技术标准。具体特点是低速、低功耗、低成本、兼容众多在线连接点、兼容多种在线拓扑、低复杂度、快速、可靠性和安全性。传输距离一般在彼此之间接近10~100米,增加传输功率后也可以增加到1~3公里。这是指相邻连接点之间的间距。如果根据路由器和连接点之间的通信接力,传输距离会很长。
4. 远程广域网(LoRaWAN)
远程广域网 (LoRaWAN) 是一种通信协议,主要用于由电池供电的区域、国家或全球远程无线物联网设备。它因能够以最小的功耗进行长距离通信以及检测噪声水平的信号而闻名。该协议主要用于智能城市,大型网络有数百万个连接设备且在较小的电池和内存上运行。 LoRaWAN 的数据速率为 0.3kbps到50kbps。智能路灯是使用 LoRaWAN 协议的一个实际示例,其中路灯使用 LoRaWAN 协议连接到 LoRa 网关。然后网关连接到一个云应用程序,该应用程序完全控制灯泡的亮度并根据环境中的自然光调整它们。
5. EtherCAT
EtherCAT 基于 CANopen 协议和以太网,并针对工业自动化进行了优化。它允许任何标准 PC 充当 EtherCAT 主站并使用任何拓扑与 EtherCAT 从站通信。他们可以在 30 微秒内以高达 1,000 个 I/O 点的速率连接工厂车间的所有设备。EtherCAT 可靠且快速,因为消息可以在转发到下一个从系统之前使用专用的高性能硬件进行处理。
6. 蜂窝
需要长距离连续连接的物联网应用可以基于GSM、LTE、EDGE、3G、4G和5G 等蜂窝网络进行设计。蜂窝网络可以与最远距离为 35 公里的设备进行通信。
蜂窝技术有利于物联网应用,因为它具有以下特点: 通过 Cat-0 和 Cat-1 等 LTE 网络优化成本并增强物联网应用的覆盖范围。具有 TLS/DTLS 安全性和 LTE 网络上的无线加密实现端到端安全性。最低或零监管法规。使用蜂窝网络,可以以高达 23 dBm 的速率交换数据。
7. 近场通信(NFC)
近场通信 (NFC) 是一种简单且安全的协议,可简化物联网设备之间的双向通信。它主要利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和连接电子设备。基本上,它扩展了非接触式卡片技术的功能,允许物联网设备在大约不到 4 厘米的近距离内共享信息。
NFC 协议的数据速率为 106kbps 到 424kbps。由于 NFC 协议是短距离通信协议,因此功耗较低。它需要更少的设置时间,并且不需要设备配对。同样由于短距离通信,对环境中其他网络的有害干扰的可能性大大降低。
8. 6LoWPAN:
6LoWPAN 是一种简单的无线网状网络技术,使各个节点能够支持 IP。其目标是克服将所有类型的设备连接到 Internet 的技术和商业障碍。
6LoWPan 规范还定义了通过 IEEE 802.15.4 网络交换 IPv6 数据包的封装和报头压缩机制。 6LoWPan 集成了安全模块和 ACL 密钥等安全组件,以及可选的 TLS。对于需要低功耗无线通信的小型设备来说,这是一个可行的选择。
当前的物联网通信协议真的是百花齐放,我们要根据自己的需求情景找到“最适合”的,才算是最聪明的决策。