你不可不知的11個物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

　　電子工程師和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的產(chǎn)品和系統(tǒng)的應用程序開發(fā)人員都有一個幾乎令人迷惑的連接選項。

　　許多通信技術是眾所周知的，如WiFi，藍牙，ZigBee和2G/3G/4G蜂窩，但也有幾個新興的新興網(wǎng)絡選項，如線程作為家庭自動化應用的替代品，以及在主要城市實施的空白電視技術用于更廣泛的基于IoT的用例。根據(jù)應用，范圍，數(shù)據(jù)要求，安全性和功率需求以及電池壽命等因素將決定某種形式的技術組合的選擇。這些是向開發(fā)人員提供的一些主要通信技術。

　藍牙

　　重要的短距離通信技術當然是藍牙技術，在計算和許多消費品市場中已經(jīng)變得非常重要。預計這是可穿戴產(chǎn)品的關鍵，特別是連接到物聯(lián)網(wǎng)，盡管可能通過智能手機在許多情況下。新的藍牙低功耗(BLE)或藍牙智能(如現(xiàn)在已被標注)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要協(xié)議。重要的是，雖然它提供了與藍牙類似的范圍，但它的設計旨在顯著降低功耗。

　　但是，Smart/BLE并不是真正設計用于文件傳輸，更適合于小塊數(shù)據(jù)。鑒于其在智能手機和許多其他移動設備上的廣泛集成，因此在許多競爭技術的個人設備環(huán)境中肯定具有重大優(yōu)勢。根據(jù)藍牙SIG，超過90%的藍牙智能手機，包括iOS，Android和Windows的型號，預計到2018年將“智能就緒”。

　　使用藍牙智能功能的設備包含了基于射頻收發(fā)器，基帶和協(xié)議棧的基本數(shù)據(jù)速率和低能量核心配置的藍牙核心規(guī)范版本4.0(或更高版本 – 2014年底最新版本4.2) 。重要的是，版本4.2通過其互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議支持配置文件將允許藍牙智能傳感器通過6LoWPAN連接直接訪問互聯(lián)網(wǎng)(下面更多)。這種IP連接使得可以使用現(xiàn)有的IP基礎設施來管理藍牙智能邊緣設備。有關藍牙4.2的更多信息，可從RS獲得各種藍牙模塊。

　　標準：藍牙4.2核心規(guī)格

　　頻率：2.4GHz(ISM)

　　范圍：50-150米(智能/BLE)

　　數(shù)據(jù)速率：1Mbps(智能/BLE)

　　Zigbee

　　ZigBee像藍牙一樣具有大量的操作基礎，盡管傳統(tǒng)上在工業(yè)環(huán)境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee遠程控制(RF4CE)以及其他可用的ZigBee配置文件均基于IEEE802.15.4協(xié)議，該協(xié)議是以2.4GHz為目標的行業(yè)標準無線網(wǎng)絡技術，針對的應用程序需要相對不頻繁的數(shù)據(jù)交換，在限制區(qū)域內的距離在100米范圍內，例如在家庭或建筑物中。

　　ZigBee/RF4CE在復雜系統(tǒng)中具有一些顯著的優(yōu)勢，提供低功耗操作，高安全性，魯棒性和高可擴展性，具有高節(jié)點數(shù)量，并且有能力利用M2M和IoT應用中的無線控制和傳感器網(wǎng)絡。 ZigBee的最新版本是最近推出的3.0版本，它基本上是將各種ZigBee無線標準統(tǒng)一為單一標準。 ZigBee開發(fā)的示例產(chǎn)品和套件包括TI的CC2538SF53RTQT ZigBee片上系統(tǒng)集成電路和CC2538 ZigBee開發(fā)套件。

　　標準：基于IEEE802.15.4的ZigBee 3.0

　　頻率：2.4GHz

　　范圍：10-100米

　　數(shù)據(jù)速率：250kbps

　　Z波

　　Z-Wave是一種低功耗射頻通信技術，主要用于諸如燈控制器和傳感器之類的產(chǎn)品的家庭自動化。針對數(shù)據(jù)速率高達100kbit/s的小數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包的可靠和低延遲通信進行了優(yōu)化，其工作在1GHz頻段，并且不受WiFi和其他無線技術在2.4 GHz范圍內的干擾，如藍牙或ZigBee。它支持全網(wǎng)狀網(wǎng)絡，而不需要協(xié)調器節(jié)點，并且是非?？蓴U展的，可以控制多達232個設備。 Z-Wave使用比其他一些更簡單的協(xié)議，可以實現(xiàn)更快更簡單的開發(fā)，但與其他無線技術(如ZigBee等)的多種來源相比，唯一的芯片制造商是Sigma Designs。

　　標準：Z-Wave Alliance ZAD12837/ITU-T G.9959

　　頻率：900MHz(ISM)

　　范圍：30m

　　數(shù)據(jù)速率：9.6/40/100kbit/s

　6LowPAN

　　基于IP(Internet Protocol)的技術是6LowPAN(IPv6低功率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡)。 6LowPAN不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協(xié)議技術，而是一種定義封裝和頭壓縮機制的網(wǎng)絡協(xié)議。該標準具有頻帶和物理層的自由度，也可以在多種通信平臺上使用，包括以太網(wǎng)，Wi-Fi，802.15.4和sub-1GHz ISM。一個關鍵的屬性是IPv6(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6)堆棧，這是近年來非常重要的介紹，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。 IPv6是IPv4的后繼者，為世界上每個人提供大約5 x 1028個地址，使世界上任何嵌入式對象或設備都擁有自己的唯一IP地址并連接到互聯(lián)網(wǎng)。例如，IPv6專為家庭或樓宇自動化設計，提供了一種基本的傳輸機制，可以通過低功耗無線網(wǎng)絡以成本效益的方式生產(chǎn)復雜的控制系統(tǒng)和與設備進行通信。

　　該標準旨在通過基于IEEE802.15.4的網(wǎng)絡發(fā)送IPv6數(shù)據(jù)包，并實施開放IP標準，包括TCP，UDP，HTTP，COAP，MQTT和Websockets，該標準提供端對端可尋址節(jié)點，允許路由器將網(wǎng)絡連接到IP。 6LowPAN是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡，具有強大的可擴展性和自愈性。網(wǎng)狀路由器設備可以路由指定給其他設備的數(shù)據(jù)，而主機能夠長時間睡眠。這里有6LowPAN的解釋，TI提供。

　　標準：RFC6282

　　頻率：(適用于各種其他網(wǎng)絡媒體，包括藍牙智能(2.4GHz)或ZigBee或低功率射頻(亞1GHz)

　　范圍：N/A

　　數(shù)據(jù)速率：N/A

　　線程

　　線程是一種針對家庭自動化環(huán)境的新型基于IP的IPv6網(wǎng)絡協(xié)議?；?LowPAN，也喜歡它，它不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協(xié)議。然而，從應用的角度來看，它主要被設計為WiFi的補充，因為它識別出WiFi對于許多消費者設備而言是有利的，它在家庭自動化設置中使用的限制。

　　線程組于2014年中推出，免版稅協(xié)議基于各種標準，包括IEEE802.15.4(作為無線空中接口協(xié)議)，IPv6和6LoWPAN，并為物聯(lián)網(wǎng)提供了一種彈性的基于IP的解決方案。 Thread專為從現(xiàn)有的IEEE802.15.4無線芯片供應商(如飛思卡爾和Silicon Labs)工作，Thread支持使用IEEE802.15.4無線電收發(fā)器的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，能夠處理多達250個具有高級別身份驗證和加密的節(jié)點。相對簡單的軟件升級應允許用戶在現(xiàn)有的支持IEEE802.15.4的設備上運行線程。

　　標準：線程，基于IEEE802.15.4和6LowPAN

　　頻率：2.4GHz(ISM)

　　范圍：N/ A

　　數(shù)據(jù)速率：N/A

　　無線上網(wǎng)(WIFI)

　　WiFi連接通常是許多開發(fā)人員的明顯選擇，特別是考慮到局域網(wǎng)內家庭環(huán)境中WiFi的普及。除了明確指出，現(xiàn)有基礎架構廣泛，并提供快速的數(shù)據(jù)傳輸和處理大量數(shù)據(jù)的能力，這不需要進一步的解釋。

　　目前，在家庭和許多企業(yè)中使用的最常見的WiFi標準是802.11n，其提供了在數(shù)百兆比特每秒的嚴格吞吐量，這對于文件傳輸是很好的，但對于許多IoT應用來說可能太耗電了。 RS提供了一系列用于構建基于WiFi的應用的RF開發(fā)套件。

　　標準：基于802.11n(今天最常見的用途)

　　頻率：2.4GHz和5GHz頻段

　　范圍：約50m

　　數(shù)據(jù)速率：最大600 Mbps，但根據(jù)所使用的通道頻率和天線數(shù)量(最新的802.11-ac標準應提供500Mbps至1Gbps)，150-200Mbps更為典型。

　蜂窩

　　需要更長距離運行的IoT應用程序可以利用GSM/3G/4G蜂窩通信功能。雖然蜂窩電話顯然能夠發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，特別是對于4G，但對于許多應用來說，費用和功耗將會太高，但是對于傳輸速度非常低的基于傳感器的低帶寬數(shù)據(jù)項目來說，這是非常理想的互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量。該領域的一個關鍵產(chǎn)品是SparqEE系列產(chǎn)品，包括原始的小型CELLv1.0低成本開發(fā)板和一系列與Raspberry Pi和Arduino平臺一起使用的屏蔽連接板。

　　標準：GSM/GPRS/EDGE(2G)，UMTS/HSPA(3G)，LTE(4G)

　　頻率：900/1800/1900/2100MHz

　　范圍：GSM最大35km; HSPA最長200公里

　　數(shù)據(jù)速率(典型下載)：35-170kps(GPRS)，120-384kbps(EDGE)，384Kbps-2Mbps(UMTS)，600kbps-10Mbps(HSPA)，3-10Mbps

　　NFC

　　NFC(近場通信)是一種技術，能夠實現(xiàn)電子設備之間的簡單和安全的雙向交互，特別適用于智能手機，允許消費者執(zhí)行非接觸式支付交易，訪問數(shù)字內容和連接電子設備。本質上它擴展了非接觸式卡技術的能力，并使設備能夠在距離小于4cm的情況下共享信息。此處提供更多信息。

　　標準：ISO/IEC 18000-3

　　頻率：13.56MHz(ISM)

　　范圍：10厘米

　　數(shù)據(jù)速率：100-420kbps

　　Sigfox

　　標題另一種廣泛的技術是Sigfox，它的范圍在WiFi和蜂窩之間。它使用可免費使用的ISM頻帶，而不需要獲取許可證，以便在非常窄的頻譜范圍內將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接對象和從連接對象傳輸數(shù)據(jù)。 Sigfox的想法是，對于運行在小型電池上的許多M2M應用程序，只需要低級別的數(shù)據(jù)傳輸，則WiFi的范圍太短，而蜂窩電話太貴，并且功耗太大。 Sigfox使用一種稱為超窄帶(UNB)的技術，僅用于處理每秒10至1，000位的低數(shù)據(jù)傳輸速度。與5000微瓦相比，蜂窩通信消耗的電量僅為50微瓦，或者可以通過2.5Ah電池提供典型的待機時間20年，而蜂窩電話僅為0.2年。

　　已經(jīng)部署在成千上萬個連接對象中，該網(wǎng)絡目前正在歐洲主要城市推出，其中包括英國的十個城市。該網(wǎng)絡提供了一個強大的，功率高效和可擴展的網(wǎng)絡，可以與數(shù)百萬個電池供電設備在幾平方公里的區(qū)域進行通信，使其適用于預期包括智能電表，病人監(jiān)視器，安全設備，街道照明和環(huán)境傳感器。 Sigfox系統(tǒng)使用Silicon Labs等EZRadioPro無線收發(fā)器等硅片，為在1GHz以下頻段工作的無線網(wǎng)絡應用提供行業(yè)領先的無線性能，擴展范圍和超低功耗。

　　標準：Sigfox

　　頻率：900MHz

　　范圍：30-50公里(農(nóng)村環(huán)境)，3-10公里(城市環(huán)境)

　　數(shù)據(jù)速率：10-1000bps

　　Neul

　　與Sigfox相似，在1GHz頻段內運行，Neul利用電視白空間頻譜的小片，提供高可擴展性，高覆蓋率，低功耗和低成本無線網(wǎng)絡。系統(tǒng)基于Iceni芯片，其使用白色空間無線電進行通信，以訪問高質量的UHF頻譜，由于模擬到數(shù)字電視轉換，現(xiàn)在可用。通信技術稱為無重量，是一種為IoT設計的新型廣域無線網(wǎng)絡技術，與現(xiàn)有的GPRS，3G，CDMA和LTE WAN解決方案大有競爭。數(shù)據(jù)速率可以是在同一個單一鏈路上從每秒幾位到100kbps的任何數(shù)據(jù)速率;并且設備可以從2xAA電池消耗少至20至30mA，這意味著在現(xiàn)場10至15年。

　　標準：Neul

　　頻率：900MHz(ISM)，458MHz(英國)，470-790MHz(白色空間)

　　范圍：10公里

　　數(shù)據(jù)速率：最少可達100kbps

　　LoRaWAN

　　Again在某些方面與Sigfox和Neul類似，LoRaWAN針對廣域網(wǎng)(WAN)應用，旨在為具有特定功能的低功率WAN提供支持，以便在IoT，M2M和M2M中支持低成本移動安全雙向通信智能城市和工業(yè)應用。針對低功耗優(yōu)化并支持具有數(shù)百萬和數(shù)百萬臺設備的大型網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)速率范圍為0.3 kbps至50 kbps。

　　標準：LoRaWAN

　　頻率：各種

　　范圍：2-5公里(城市環(huán)境)，15公里(郊區(qū)環(huán)境)

　　數(shù)據(jù)速率：0.3-50 kbps。