部署物联网解决方案之前，了解每种IoT通信协议的限制因素至关重要

时间： 2023-12-19 来源：TOPPOWER（顶源科技）官网

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在采取行动并部署物联网解决方案之前，了解每种技术的限制因素至关重要。通信协议是节点之间建立的一组规则，用于以可靠和安全的方式交换信息。

以下是通信协议的一些主要方面：

速度或数据速率：一段时间内要传输的信息量。它通常以bps（每秒位数）、kbps、Mbps或Gbps表示。

范围：两个互通节点之间的距离。它主要取决于发射功率、使用的频段和调制类型。它还可能受到气象条件或节点物理位置的影响。在图1中，您可以看到数据速率与各种IoT网络协议范围的粗略图表。

数据速率与各种物联网网络协议的范围

图1.各种IoT网络协议的数据速率与范围。图片由Embien提供

功耗：节点在其生命周期内工作所需的能量。该参数定义了对电源或电池使用的需求。由于有许多应用使用电池，因此功耗是一个关键参数。这意味着它将影响其他元素，例如传感器的数量或通信功率传输。此外，由于电池的使用寿命有限，功耗会直接影响维护策略。

互操作性：节点之间交换信息的能力，即使它们属于不同类型。

可扩展性：在无需迁移技术的情况下部署更多节点、增加终用户数量以及存储和处理数据量的挑战。

成本：安装和维护特定技术的价格。功耗、维护和可扩展性对网络成本有很大影响。

网络拓扑：节点相互通信的方式。拓扑可以与传统网络中使用的拓扑相同。星形、网状、点对点和点对多点是拓扑的一些示例，如图2所示。

图2.不同网络拓扑的示例。图片由ITPRC提供

安全性：保护发送和接收数据的方法。需要保证节点之间传输的通信仅到达预期的节点。物联网技术已经无处不在，它们可以向用户传达敏感信息；因此，需要保护通信免受第三方侵害。

物联网协议基础知识

协议允许节点以结构化的方式在它们之间进行交互。由于物联网设备的需求和用例在过去几年中迅速发展，协议也随之发展。总而言之，主要有两类协议：网络协议和数据协议。此分类来自广泛应用于IT通信网络的OSI（开放系统互连）模型。

下面您可以对主要的物联网网络协议有一个大致的了解。

蓝牙：该协议工作在2.4GHz频率范围内，可用于短距离（<100m）应用。低功耗蓝牙(BLE)是其进一步发展的一步，它显着降低了该协议所需的功耗。这种类型有利于传输来自传感器或可穿戴设备的少量数据。节点网络布局示例如图3所示。

图3.智能家居中蓝牙IoT网络节点的示例。

蜂窝：当前的蜂窝基础设施也可用于扩展物联网节点的通信能力。根据所选频段和特定技术，它可能足以满足低功率应用（例如，2G）以及高数据速率应用（例如，LTE）。此外，还有蜂窝通信的子类型，例如LTE-M和NB-IoT，它们的诞生分别是为了提供更多的数据带宽或更低的功耗。

LoRaWAN：它是一种低功耗广域（LPWA）协议，专为电池供电系统而设计。它在sub GHz433/868/915MHz和2.4GHz范围内运行。LoRaWAN网络通常遵循星形拓扑，其中的元素是：终端节点、网关和一组服务器。OSI参考模型如图4所示。

图4.LoRa和LoRaWan的OSI参考模型。

近场通信（NFC）：NFC工作在13.56MHz频段，范围为几厘米。这种类型的通信用于扩展近距离接触通信。在NFC中，有一个有源节点（例如智能手机）生成为标签供电的射频场。它工作在13.56MHz频段，范围为几厘米。

Sigfox：Sigfox使用基于技术的超窄带(UNB)，它在ISM频段工作，需要专用的基础设施。这意味着它可以在范围内使用，但需要本地运营商。

Wi-Fi：Wi-Fi连接的工作频率为2.4GHz和5GHz，因其普遍性和高数据速率而被广泛选择。它的主要缺点是功耗高，因此在电池供电的应用中不经常使用。

Wi-Sun：Wi-Sun是由Wi-Sun联盟创建的场域网络(FAN)协议，旨在实现低功耗和低延迟。它通过网状拓扑在sub GHz频段以及2.4GHz频段运行。

ZigBee：该通信协议工作在2.4GHz频段，适用于受限区域的短距离（<100m）。ZigBee专为传输少量信息而设计，即需要真正低延迟的情况，并广泛应用于工业和消费者应用中。ZigBee RF4CE旨在取代红外遥控器（例如电视和DVD系统），并消除遥控器和设备之间的视线需求。

Z-wave：适用于家庭自动化应用（图5），工作在ISM频段，速率高达100Kbps。其应用程序遵循网状网络拓扑，多执行4 个希望。

图5.Z-Wave IoT网络家庭应用示例。图片由Qubino提供

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