你不可不知的11個(gè)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(yīng)用程序開發(fā)人員都有一個(gè)幾乎令人迷惑的連接選項(xiàng)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201704/346169.htm許多通信技術(shù)是眾所周知的,如WiFi,藍(lán)牙,ZigBee和2G/3G/4G蜂窩,但也有幾個(gè)新興的新興網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng),如線程作為家庭自動(dòng)化應(yīng)用的替代品,以及在主要城市實(shí)施的空白電視技術(shù)用于更廣泛的基于IoT的用例。根據(jù)應(yīng)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(shù)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(shù)。
重要的短距離通信技術(shù)當(dāng)然是藍(lán)牙技術(shù),在計(jì)算和許多消費(fèi)品市場(chǎng)中已經(jīng)變得非常重要。預(yù)計(jì)這是可穿戴產(chǎn)品的關(guān)鍵,特別是連接到物聯(lián)網(wǎng),盡管可能通過智能手機(jī)在許多情況下。新的藍(lán)牙低功耗(BLE)或藍(lán)牙智能(如現(xiàn)在已被標(biāo)注)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要協(xié)議。重要的是,雖然它提供了與藍(lán)牙類似的范圍,但它的設(shè)計(jì)旨在顯著降低功耗。
但是,Smart/BLE并不是真正設(shè)計(jì)用于文件傳輸,更適合于小塊數(shù)據(jù)。鑒于其在智能手機(jī)和許多其他移動(dòng)設(shè)備上的廣泛集成,因此在許多競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的個(gè)人設(shè)備環(huán)境中肯定具有重大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)藍(lán)牙SIG,超過90%的藍(lán)牙智能手機(jī),包括iOS,Android和Windows的型號(hào),預(yù)計(jì)到2018年將“智能就緒”。
使用藍(lán)牙智能功能的設(shè)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(lán)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(lán)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(chǔ)設(shè)施來管理藍(lán)牙智能邊緣設(shè)備。有關(guān)藍(lán)牙4.2的更多信息,可從RS獲得各種藍(lán)牙模塊。
標(biāo)準(zhǔn):藍(lán)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(lán)牙一樣具有大量的操作基礎(chǔ),盡管傳統(tǒng)上在工業(yè)環(huán)境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee遠(yuǎn)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(biāo)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),針對(duì)的應(yīng)用程序需要相對(duì)不頻繁的數(shù)據(jù)交換,在限制區(qū)域內(nèi)的距離在100米范圍內(nèi),例如在家庭或建筑物中。
ZigBee/RF4CE在復(fù)雜系統(tǒng)中具有一些顯著的優(yōu)勢(shì),提供低功耗操作,高安全性,魯棒性和高可擴(kuò)展性,具有高節(jié)點(diǎn)數(shù)量,并且有能力利用M2M和IoT應(yīng)用中的無線控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)。 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(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一為單一標(biāo)準(zhǔn)。 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(biāo)準(zhǔn):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(shù),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(dòng)化。針對(duì)數(shù)據(jù)速率高達(dá)100kbit/s的小數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包的可靠和低延遲通信進(jìn)行了優(yōu)化,其工作在1GHz頻段,并且不受WiFi和其他無線技術(shù)在2.4 GHz范圍內(nèi)的干擾,如藍(lán)牙或ZigBee。它支持全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),而不需要協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn),并且是非??蓴U(kuò)展的,可以控制多達(dá)232個(gè)設(shè)備。 Z-Wave使用比其他一些更簡(jiǎn)單的協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)更快更簡(jiǎn)單的開發(fā),但與其他無線技術(shù)(如ZigBee等)的多種來源相比,唯一的芯片制造商是Sigma Designs。
標(biāo)準(zhǔn):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(shù)是6LowPAN(IPv6低功率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò))。 6LowPAN不是像藍(lán)牙或ZigBee這樣的IoT應(yīng)用協(xié)議技術(shù),而是一種定義封裝和頭壓縮機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)具有頻帶和物理層的自由度,也可以在多種通信平臺(tái)上使用,包括以太網(wǎng),Wi-Fi,802.15.4和sub-1GHz ISM。一個(gè)關(guān)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(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)。 IPv6是IPv4的后繼者,為世界上每個(gè)人提供大約5 x 1028個(gè)地址,使世界上任何嵌入式對(duì)象或設(shè)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(dòng)化設(shè)計(jì),提供了一種基本的傳輸機(jī)制,可以通過低功耗無線網(wǎng)絡(luò)以成本效益的方式生產(chǎn)復(fù)雜的控制系統(tǒng)和與設(shè)備進(jìn)行通信。
該標(biāo)準(zhǔn)旨在通過基于IEEE802.15.4的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送IPv6數(shù)據(jù)包,并實(shí)施開放IP標(biāo)準(zhǔn),包括TCP,UDP,HTTP,COAP,MQTT和Websockets,該標(biāo)準(zhǔn)提供端對(duì)端可尋址節(jié)點(diǎn),允許路由器將網(wǎng)絡(luò)連接到IP。 6LowPAN是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性和自愈性。網(wǎng)狀路由器設(shè)備可以路由指定給其他設(shè)備的數(shù)據(jù),而主機(jī)能夠長時(shí)間睡眠。這里有6LowPAN的解釋,TI提供。
標(biāo)準(zhǔn):RFC6282
頻率:(適用于各種其他網(wǎng)絡(luò)媒體,包括藍(lán)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(duì)家庭自動(dòng)化環(huán)境的新型基于IP的IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?;?LowPAN,也喜歡它,它不是像藍(lán)牙或ZigBee這樣的IoT應(yīng)用協(xié)議。然而,從應(yīng)用的角度來看,它主要被設(shè)計(jì)為WiFi的補(bǔ)充,因?yàn)樗R(shí)別出WiFi對(duì)于許多消費(fèi)者設(shè)備而言是有利的,它在家庭自動(dòng)化設(shè)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(biāo)準(zhǔn),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(yīng)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(luò),能夠處理多達(dá)250個(gè)具有高級(jí)別身份驗(yàn)證和加密的節(jié)點(diǎn)。相對(duì)簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)應(yīng)允許用戶在現(xiàn)有的支持IEEE802.15.4的設(shè)備上運(yùn)行線程。
標(biāo)準(zhǔn):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(nèi)家庭環(huán)境中WiFi的普及。除了明確指出,現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)是802.11n,其提供了在數(shù)百兆比特每秒的嚴(yán)格吞吐量,這對(duì)于文件傳輸是很好的,但對(duì)于許多IoT應(yīng)用來說可能太耗電了。 RS提供了一系列用于構(gòu)建基于WiFi的應(yīng)用的RF開發(fā)套件。
標(biāo)準(zhǔn):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(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提供500Mbps至1Gbps),150-200Mbps更為典型。
蜂窩
需要更長距離運(yùn)行的IoT應(yīng)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(duì)于4G,但對(duì)于許多應(yīng)用來說,費(fèi)用和功耗將會(huì)太高,但是對(duì)于傳輸速度非常低的基于傳感器的低帶寬數(shù)據(jù)項(xiàng)目來說,這是非常理想的互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)量。該領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)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(tái)一起使用的屏蔽連接板。
標(biāo)準(zhǔn):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(chǎng)通信)是一種技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)電子設(shè)備之間的簡(jiǎn)單和安全的雙向交互,特別適用于智能手機(jī),允許消費(fèi)者執(zhí)行非接觸式支付交易,訪問數(shù)字內(nèi)容和連接電子設(shè)備。本質(zhì)上它擴(kuò)展了非接觸式卡技術(shù)的能力,并使設(shè)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(biāo)準(zhǔn):ISO/IEC 18000-3
頻率:13.56MHz(ISM)
范圍:10厘米
數(shù)據(jù)速率:100-420kbps
Sigfox
標(biāo)題另一種廣泛的技術(shù)是Sigfox,它的范圍在WiFi和蜂窩之間。它使用可免費(fèi)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(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接對(duì)象和從連接對(duì)象傳輸數(shù)據(jù)。 Sigfox的想法是,對(duì)于運(yùn)行在小型電池上的許多M2M應(yīng)用程序,只需要低級(jí)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(shù),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?jī)H為50微瓦,或者可以通過2.5Ah電池提供典型的待機(jī)時(shí)間20年,而蜂窩電話僅為0.2年。
已經(jīng)部署在成千上萬個(gè)連接對(duì)象中,該網(wǎng)絡(luò)目前正在歐洲主要城市推出,其中包括英國的十個(gè)城市。該網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)強(qiáng)大的,功率高效和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò),可以與數(shù)百萬個(gè)電池供電設(shè)備在幾平方公里的區(qū)域進(jìn)行通信,使其適用于預(yù)期包括智能電表,病人監(jiān)視器,安全設(shè)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(luò)應(yīng)用提供行業(yè)領(lǐng)先的無線性能,擴(kuò)展范圍和超低功耗。
標(biāo)準(zhǔn):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(nèi)運(yùn)行,Neul利用電視白空間頻譜的小片,提供高可擴(kuò)展性,高覆蓋率,低功耗和低成本無線網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)基于Iceni芯片,其使用白色空間無線電進(jìn)行通信,以訪問高質(zhì)量的UHF頻譜,由于模擬到數(shù)字電視轉(zhuǎn)換,現(xiàn)在可用。通信技術(shù)稱為無重量,是一種為IoT設(shè)計(jì)的新型廣域無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),與現(xiàn)有的GPRS,3G,CDMA和LTE WAN解決方案大有競(jìng)爭(zhēng)。數(shù)據(jù)速率可以是在同一個(gè)單一鏈路上從每秒幾位到100kbps的任何數(shù)據(jù)速率;并且設(shè)備可以從2xAA電池消耗少至20至30mA,這意味著在現(xiàn)場(chǎng)10至15年。
標(biāo)準(zhǔn):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(dá)100kbps
LoRaWAN
Again在某些方面與Sigfox和Neul類似,LoRaWAN針對(duì)廣域網(wǎng)(WAN)應(yīng)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(dòng)安全雙向通信智能城市和工業(yè)應(yīng)用。針對(duì)低功耗優(yōu)化并支持具有數(shù)百萬和數(shù)百萬臺(tái)設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)速率范圍為0.3 kbps至50 kbps。
標(biāo)準(zhǔn):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。
評(píng)論