物联网通信协议大汇总! 更多精彩点 ittbank 2021-12-08 17:50 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。通信对物联网来说十分常用且关键,无论是近距离无线传输 技术还是移动通信技术,都影响着物联网的发展。而在通信中,通信协议尤 其重要,是双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。 本文介绍了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。物联网通信协议分为两大类: 一类是接入协议:一般负责子网内设备间的组网及通信 一类是通讯协议:主要是运行在传统互联网TCP/IP协议之上的设备通讯 协议,负责设备通过互联网进行数据交换及通信。 一 物理层、数据链路层协议 1、远距离蜂窝通信 ( 1) 2G/3G/4G通信协议 ,分别指第二、三、四代移动通信系统协议。 ( 2) NB-IoT 窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络 的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180kHz的带宽,可直接 部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。 NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场,是一种可在全球范 围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架 构优等特点。 应用场景:NB-IoT网络带来的场景应用包括智能停车、智能消防、智能水务、智 能路灯、共享单车和智能家电等。 ( 3) 5G 第五代移动通信技术,是最新一代蜂窝移动通信技术。5G的性能目标是高数据速 率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。 应用场景:AR/VR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、 联网无人机、超高清/全景直播、个人AI辅助、智慧城市。 2、远距离非蜂窝通信 ( 1) WiFi 由于前几年家用WiFi路由器以及智能手机的迅速普及,WiFi协议在智能家居领域 也得到了广泛应用。WiFi协议最大的优势是可以直接接入互联网。相对于 ZigBee,采用Wifi协议的智能家居方案省去了额外的网关,相对于蓝牙协议,省 去了对手机等移动终端的依赖。 商用WiFi在城市公共交通、商场等公共场所的覆盖,将商用WiFi的场景应用潜力 表露无疑。 ( 2) ZigBee ZigBee是一种低速短距离传输的无线通信协议,是一种高可靠的无线数传网络, 主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低 复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee技术是一种新型技术,它最近出现,主要是 依靠无线网络进行传输,它能够近距离的进行无线连接,属于无线网络通讯技 术。 ZigBee技术的先天性优势,使得它在物联网行业逐渐成为一个主流技术,在工 业、农业、智能 家居等领域得到大规模的应用。 ( 3) LoRa LoRa™(LongRange,远距离)是一种调制技术,与同类技术相比,提供更远的 通信距离。LoRa 网关、烟感、水监测、红外探测、定位、排插等广泛应用物联 网产品。作为一种窄带无线技术,LoRa 是使用到达时间差来实现地理定位的。 LoRa 定位的应用场景:智慧城市和交通监控、计量和物流、农业定位监控。 3、近距离通信 ( 1) RFID 射频识别(RFID)是 Radio Frequency Identification 的缩写。其原理为阅 读器与标签之间进行非接触式的数据通信,达到识别目标的目的。RFID 的应用非 常广泛,典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产 线自动化、物料管理。完整的RFID系统由读写器(Reader)、电子标签(Tag)和数 据管理系统三部分组成。 ( 2) NFC NFC的中文全称为近场通信技术。NFC是在非接触式射频识别(RFID)技术的基础 上,结合无线互连技术研发而成,它为我们日常生活中越来越普及的各种电子产 品提供了一种十分安全快捷的通信方式。NFC中文名称中的“近场”是指临近电磁 场的无线电波。 应用场景:应用在门禁、考勤、访客、会议签到、巡更等领域。NFC具有人机交 互、机器间交互等功能。 ( 3) Bluetooth 蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范,它是基于低成本的近距离 无线连接,为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。 蓝牙能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之 间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间 的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变 得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。 4、有线通信 ( 1) USB USB,是英文Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写,是一个外部总线 标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。 ( 2)串口通信协议 串口通信协议是指规定了数据包的内容,内容包含了起始位、主体数据、校验位 及停止位,双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串 口通信中,常用的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。 串口通信是指外设和计算机间,通过数据线按位进行传输数据的一种通讯方式。 这种通信方式使用的数据线少,在远距离通信中可以节约通信成本,但其传输速 度比并行传输低。大多数计算机(不包括笔记本)都包含两个RS-232串口。串口通 信也是仪表仪器设备常用的通信协议。 ( 3)以太网 以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的 技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。 ( 4) MBus MBus 远程抄表系统(symphonic mbus),是欧洲标准的2线的二总线, 主 要用于消耗测量仪器诸如热表和水表系列。 二 网络层、传输协议 1、IPv 4 互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此 协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网 际协议版本 2、 IPv6 互联网协议第6版,由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限,严重制约 了互联网的应用和发展。IPv6的使用,不仅能解决网络地址资源数量的问 题,而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍 3、 TCP 传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接 的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP旨在适应支持多网络应用 的分层协议层次结构。连接到不同但互连的计算机通信网络的主计算机中的 成对进程之间依靠TCP提供可靠的通信服务。TCP假设它可以从较低级别的 协议获得简单的,可能不可靠的数据报服务。 4、 6LoWPAN 6LoWPAN是一种基于IPv6的低速无线个域网标准,即IPv6 over IEEE 802.15.4。 三 应用层协议 1、 MQTT协议 MQTT (Message Queue Telemetry Transport),翻译成中文就是,遥 测传输协议,其主要提供了订阅/发布两种消息模式,更为简约、轻量,易于 使用,特别适合于受限环境(带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定)的消 息分发,属于物联网(Internet of Thing)的一个标准传输协议。 在很多情况下,包括受限的环境中,如:机器与机器(M2M)通信和物联网 (IoT)。其在,通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家 居、及一些小型化设备中已广泛使用。 2、 CoAP协议 CoAP(Constrained Application Protocol)是一种在物联网世界的类 Web协议,适用于需要通过标准互联网网络进行远程控制或监控的小型低功 率传感器,开关,阀门和类似的组件,服务器对不支持的类型可以不响应 3、 REST/HTTP协议 RESTful是一种基于资源的软件架构风格。所谓资源,就是网络上的一个实 体,或者说是网络上的一个具体信息。一张图片、一首歌曲都是一个资源。 RESTful API是基于HTTP协议的一种实现。(HTTP是一个应用层的协议, 特点是简捷 快速)。 满足Rest规范的应用程序或设计就是RESTful,根据Rest规范设计的API, 就叫做RESTful API 4、 DDS协议 DDS(Data Distribution Service)分布式实时数据分发服务中间件协 议,它是分布式实时网络里的“TCP/IP”,用来解决实时网络中的网络协议互 联,其作用相当于“总线上的总线”。 5、 AMQP协议 AMQP,即Advanced Message Queuing Protocol,一个提供统一消息 服务的应用层标准高级消息队列协议,是应用层协议的一个开放标准,为面 向消息的中间件设计。基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息,并不 受客户端/中间件不同产品,不同的开发语言等条件的限制。Erlang中的实现 有RabbitMQ等。 6、 XMPP协议 XMPP是一种基于标准通用标记语言的子集XML的协议,它继承了在XML环 境中灵活的发展性。因此,基于XMPP的应用具有超强的可扩展性。经过扩 展以后的XMPP可以通过发送扩展的信息来处理用户的需求,以及在XMPP的 顶端建立如内容发布系统和基于地址的服务等应用程序。 四 部分通信协议比较 1、 NB-IoT协议和 LoRa协议比较 第一,频段。LoRa工作在1GHz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付 费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是2113授权的,是需要收费 的。 第二,电池供电寿命。LoRa模块在处理干扰、网络5261重迭、可伸缩性等 方面具有独特的特性,但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量4102。NBIoT出于对服务质量的考虑,不能提供类似LoRa一样的电池寿命。 第三,设备成本。对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开 发并且1653对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟 的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且还会有升级版本陆续出来。 第四,网络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准在2016年公布,除回网络部署 之外,相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。LoRa 的

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