一、物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議分為兩大類
1.接入?yún)f(xié)議：一般負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信
2.通訊協(xié)議：主要是運行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設(shè)備通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換及通信。
二、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議
1、遠距離蜂窩通信
(1)2G/3G/4G通信協(xié)議，分別指第二、三、四代移動通信系統(tǒng)協(xié)議。
(2)NB-IoT
? ? ? 窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。具有覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點。
應(yīng)用場景：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)帶來的場景應(yīng)用包括智能停車、智能消防、智能水務(wù)、智能路燈、共享單車和智能家電等。
(3)5G
? ? ? ?第五代移動通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。
? ? ? ?應(yīng)用場景：AR/VR、車聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧能源、無線醫(yī)療、無線家庭娛樂、聯(lián)網(wǎng)無人機、超高清/全景直播、個人AI輔助、智慧城市。
2、遠距離非蜂窩通信
(1)WiFi
? ? ? ?由于前幾年家用WiFi路由器以及智能手機的迅速普及，WiFi協(xié)議在智能家居領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。WiFi協(xié)議最大的優(yōu)勢是可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)。相對于ZigBee，采用Wifi協(xié)議的智能家居方案省去了額外的網(wǎng)關(guān)，相對于藍牙協(xié)議，省去了對手機等移動終端的依賴。
商用WiFi在城市公共交通、商場等公共場所的覆蓋，將商用WiFi的場景應(yīng)用潛力表露無疑。
(2)ZigBee
? ? ? ?ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線通信協(xié)議，是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點、支持多種網(wǎng)上拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee技術(shù)是一種新型技術(shù)，它最近出現(xiàn)，主要是依靠無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，它能夠近距離的進行無線連接，屬于無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。
? ? ? ?ZigBee技術(shù)的先天性優(yōu)勢，使得它在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)逐漸成為一個主流技術(shù)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智能 家居等領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用。
(3)LoRa
? ? ? ?LoRa?(LongRange，遠距離)是一種調(diào)制技術(shù)，與同類技術(shù)相比，提供更遠的通信距離。LoRa 網(wǎng)關(guān)、煙感、水監(jiān)測、紅外探測、定位、排插等廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。作為一種窄帶無線技術(shù)，LoRa 是使用到達時間差來實現(xiàn)地理定位的。LoRa 定位的應(yīng)用場景：智慧城市和交通監(jiān)控、計量和物流、農(nóng)業(yè)定位監(jiān)控。
3、近距離通信
(1)RFID
? ? ? 射頻識別(RFID)是 Radio Frequency Identification 的縮寫。其原理為閱讀器與標(biāo)簽之間進行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，達到識別目標(biāo)的目的。RFID 的應(yīng)用非常廣泛，典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理。完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。
(2)NFC
? ? NFC的中文全稱為近場通信技術(shù)。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線互連技術(shù)研發(fā)而成，它為我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡占暗母鞣N電子產(chǎn)品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱中的“近場”是指臨近電磁場的無線電波。
? ? 應(yīng)用場景：應(yīng)用在門禁、考勤、訪客、會議簽到、巡更等領(lǐng)域。NFC具有人機交互、機器間交互等功能。
(3)Bluetooth
? ? ?藍牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)和語音通信開放的全球規(guī)范，它是基于低成本的近距離無線連接，為固定和移動設(shè)備建立通信環(huán)境的一種特殊的近距離無線技術(shù)連接。
? ? ?藍牙能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。
4、有線通信
(1)USB
? ? ?USB，是英文Universal Serial Bus(通用串行總線)的縮寫，是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。
(2)串口通信協(xié)議
? ? ?串口通信協(xié)議是指規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，內(nèi)容包含了起始位、主體數(shù)據(jù)、校驗位及停止位，雙方需要約定一致的數(shù)據(jù)包格式才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)的有關(guān)規(guī)范。在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485。
? ? ?串口通信是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)線按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。大多?shù)計算機(不包括筆記本)都包含兩個RS-232串口。串口通信也是儀表儀器設(shè)備常用的通信協(xié)議。
(3)以太網(wǎng)
? ? ? 以太網(wǎng)是一種計算機局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。
(4)MBus
? ? ? MBus 遠程抄表系統(tǒng)(symphonic mbus)，是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的2線的二總線， 主要用于消耗測量儀器諸如熱表和水表系列。
三、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸協(xié)議
1、IPv 4
? ? ? 互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第四版，是網(wǎng)際協(xié)議開發(fā)過程中的第四個修訂版本，也是此協(xié)議第一個被廣泛部署的版本。IPv4是互聯(lián)網(wǎng)的核心，也是使用最廣泛的網(wǎng)際協(xié)議版本
2、IPv6
? ? ? 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版，由于IPv4最大的問題在于網(wǎng)絡(luò)地址資源有限，嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問題，而且也解決了多種接入設(shè)備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙
3、TCP
? ? ? 傳輸控制協(xié)議(TCP，Transmission Control Protocol)是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。TCP旨在適應(yīng)支持多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分層協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。連接到不同但互連的計算機通信網(wǎng)絡(luò)的主計算機中的成對進程之間依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)。TCP假設(shè)它可以從較低級別? ? ? ? ?的協(xié)議獲得簡單的，可能不可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù)。
4、LoRa
? ? ? ? ? LoRa是低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn) 。它最大特點就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻通信距離擴大3-5倍。
5、LoRaWAN
? ? ? ? ?LoRaWAN協(xié)議是在LORA上運行的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)通信協(xié)議。LoRaWAN規(guī)范是開放的，因此任何人都可以設(shè)置和運營LoRa網(wǎng)絡(luò)。
6、6LoWPAN
? ? ? ? 6LoWPAN是一種基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IPv6 over IEEE 802.15.4。6LoWPAN只允許處理能力非常有限的較小設(shè)備使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之一，即IPv6來建立通信。它具有低成本、短距離、低內(nèi)存使用率和低比特率的特點。
四、應(yīng)用層協(xié)議
1、MQTT協(xié)議
? ? ? ?MQTT (Message Queue Telemetry Transport)，翻譯成中文就是，遙測傳輸協(xié)議，其主要提供了訂閱/發(fā)布兩種消息模式，更為簡約、輕量，易于使用，特別適合于受限環(huán)境(帶寬低、網(wǎng)絡(luò)延遲高、網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定)的消息分發(fā)，屬于物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Thing)的一個標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。
在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器(M2M)通信和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。其在，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。
2、MQTT-SN協(xié)議
MQTT-SN（MQTT for Sensor Network）協(xié)議是MQTT協(xié)議的傳感器版本。MQTT協(xié)議雖然是輕量的應(yīng)用層協(xié)議，但是MQTT協(xié)議是運行于TCP協(xié)議棧之上的，TCP協(xié)議對于某些計算能力和電量非常有限的設(shè)備來說，比如傳感器，就不太適用了。MQTT-SN運行在UDP協(xié)議上，同時保留了MQTT協(xié)議的大部分信令和特性，如訂閱和發(fā)布等。
3、CoAP協(xié)議
CoAP(Constrained Application Protocol)是一種在物聯(lián)網(wǎng)世界的類Web協(xié)議，適用于需要通過標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制或監(jiān)控的小型低功率傳感器，開關(guān)，閥門和類似的組件，服務(wù)器對不支持的類型可以不響應(yīng)。
4、REST/HTTP協(xié)議
? ? ? ?RESTful是一種基于資源的軟件架構(gòu)風(fēng)格。所謂資源，就是網(wǎng)絡(luò)上的一個實體，或者說是網(wǎng)絡(luò)上的一個具體信息。一張圖片、一首歌曲都是一個資源。RESTful API是基于HTTP協(xié)議的一種實現(xiàn)。(HTTP是一個應(yīng)用層的協(xié)議，特點是簡捷 快速)。滿足Rest規(guī)范的應(yīng)用程序或設(shè)計就是RESTful，根據(jù)Rest規(guī)范設(shè)計的API，就叫做RESTful API。?HTTP是基于客戶/服務(wù)器模式，且面向連接的（建立在TCP之上）。
5、DDS協(xié)議
? ? ? DDS(Data Distribution Service)分布式實時數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中間件協(xié)議，它是分布式實時網(wǎng)絡(luò)里的“TCP/IP”，用來解決實時網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互聯(lián)，其作用相當(dāng)于“總線上的總線”。
6、AMQP協(xié)議
? ? ? AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，一個提供統(tǒng)一消息服務(wù)的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)高級消息隊列協(xié)議，是應(yīng)用層協(xié)議的一個開放標(biāo)準(zhǔn)，為面向消息的中間件設(shè)計?；诖藚f(xié)議的客戶端與消息中間件可傳遞消息，并不受客戶端/中間件不同產(chǎn)品，不同的開發(fā)語言等條件的限制。Erlang中的實現(xiàn)有RabbitMQ等。
7、XMPP協(xié)議
? ? ? ?XMPP是一種基于標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的子集XML的協(xié)議，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的發(fā)展性。因此，基于XMPP的應(yīng)用具有超強的可擴展性。經(jīng)過擴展以后的XMPP可以通過發(fā)送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內(nèi)容發(fā)布系統(tǒng)和基于地址的服務(wù)等應(yīng)用程序。
8、LwM2M協(xié)議
? ? ? ?LwM2M（Lightweight Machine-To-Machine）協(xié)議是由Open Mobile Alliance（OMA）定義的一套適用于物聯(lián)網(wǎng)的輕量級協(xié)議。它使用RESTful接口，提供設(shè)備的接入、管理和通信功能，也適用于資源比較緊張的設(shè)備。LwM2M協(xié)議的架構(gòu)如圖2-4所示。LwM2M協(xié)議底層使用CoAP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)和信令。而在LwM2M協(xié)議的架構(gòu)中，CoAP協(xié)議可以運行在UDP或者SMS（短信）之上，通過DTLS（數(shù)據(jù)報傳輸層安全）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。
五、部分通信協(xié)議比較
1、NB-IoT協(xié)議和LoRa協(xié)議比較
第一，頻段。LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，在應(yīng)用時不需要額外付費，NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的頻段是2113授權(quán)的，是需要收費的。
第二，電池供電壽命。LoRa模塊在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)5261重迭、可伸縮性等方面具有獨特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量4102。NB-IoT出于對服務(wù)質(zhì)量的考慮，不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。
第三，設(shè)備成本。對終端節(jié)點來說，LoRa協(xié)議比NB-IoT更簡單，更容易開發(fā)并且1653對于微處理器的適用和兼容性更好。同時低成本、技術(shù)相對成熟的LoRa模塊已經(jīng)可以在市場上找到了，并且還會有升級版本陸續(xù)出來。
第四，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和部署時間表。NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在2016年公布，除回網(wǎng)絡(luò)部署之外，相應(yīng)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)鏈的建立還需要更長的時間和努力去探索。LoRa的整個產(chǎn)業(yè)鏈相對已經(jīng)較為成熟了，產(chǎn)品也處于“蓄勢待答發(fā)”的狀態(tài)，同時全球很多國家正在進行或者已經(jīng)完成了全國性的網(wǎng)絡(luò)部署。
2、藍牙、WiFi、ZigBee協(xié)議比較
? ? ? 目前來說，WiFi的優(yōu)勢是應(yīng)用廣泛，已經(jīng)普及到千家萬戶;ZigBee的優(yōu)勢是低功耗和自組網(wǎng);UWB無載波無線通信技術(shù)的優(yōu)勢是傳輸速率;藍牙的優(yōu)勢組網(wǎng)簡單。然而，這3種技術(shù)，也都有各自的不足，沒有一種技術(shù)能完全滿足智能家居的全部要求。
藍牙技術(shù)的出現(xiàn)使得短距離無線通信成為可能，但其協(xié)議較復(fù)雜、功耗高、成本高等特點不太適用于要求低成本、低功耗的工業(yè)控制和家庭網(wǎng)絡(luò)。尤其藍牙最大的障礙在于傳輸范圍受限，一般有效的范圍在10米左右，抗干擾能力不強、信息安全問題等問題也是制約其進一步發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。
? ? ? WiFi也是是一種短距離無線傳輸技術(shù)，可以隨時接入無線信號，移動性強，比較適合在辦公室及家庭的環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)然WiFi也存在一個致命缺點。由于WiFi采用的是射頻技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，比較容易受到外界的干擾。
ZigBee則是國際通行的無線通訊技術(shù)，它的每個網(wǎng)絡(luò)端口可以最多接入6.5萬多個端口，適合家居、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域使用，而藍牙和WiFi網(wǎng)端只能接入10個端口，顯然不能適應(yīng)家庭需要。ZigBee還具有低功耗和低成本優(yōu)勢。
3、MQTT協(xié)議和CoAP協(xié)議比較
? ? MQTT是多對多通訊協(xié)議用于在不同客戶端之間通過中間代理傳送消息，解耦生產(chǎn)者與消費者，通過使得客戶端發(fā)布，讓代理決定路由并且拷貝消息。雖然MQTT支持一些持久化，最好還是作為實時數(shù)據(jù)通訊總線。
? ? CoAP主要是一個點對點協(xié)議，用于在客戶端與服務(wù)器之間傳輸狀態(tài)信息。雖然支持觀察資源，CoAP最好適合狀態(tài)傳輸模型，不是完全基于事件。
? ? MQTT客戶端建立長連接TCP，這通常表示沒有問題，CoAP客戶端與服務(wù)器都發(fā)送與接收UDP數(shù)據(jù)包，在NAT環(huán)境中，隧道或者端口轉(zhuǎn)發(fā)可以用于允許CoAP，或者像LWM2M，設(shè)備也許會先初始化前端連接。
? ? MQTT不提供支持消息打類型標(biāo)記或者其他元數(shù)據(jù)幫助客戶端理解，MQTT消息可用于任何目的，但是所有的客戶端必須知道向上的數(shù)據(jù)格式以允許通訊，CoAP，相反地，提供內(nèi)置支持內(nèi)容協(xié)商與發(fā)現(xiàn)，允許設(shè)備相互探測以找到交換數(shù)據(jù)的方式。
六、各種組網(wǎng)技術(shù)比較
? ?目前主流的組網(wǎng)技術(shù)可以通過傳輸距離、規(guī)模、功耗、成本等幾個方面做比較，如下圖，具體根據(jù)自己的項目應(yīng)用場景，選擇合式的組網(wǎng)方式。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-688362.html
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