物联网网络协议

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物联网 (IoT) 是关于将传感器设备网络实时连接到互联网。物联网设备通过网络相互通信，因此需要制定某些标准和规则来确定如何交换数据。这些规则称为物联网网络协议。如今，各种各样的物联网设备都已上市，因此设计了不同的协议。

根据物联网应用的功能，其工作流程或架构会有所不同。基本架构包括四个层，即**感知层、网络层、数据处理层和应用层**。

感知层包含所有收集信息的硬件，例如传感器、执行器、芯片等。此层通过协议连接到后续层，即网络层。网络层使用蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等网络协议允许设备之间进行通信。物联网设备收集的数据使用数据分析和机器学习算法在数据处理层进行处理。此处理后的数据可以通过应用层提供的网页门户、应用程序或界面显示给用户。用户可以通过这些界面直接交互和可视化从物联网设备获得的数据。

由于物联网设备的组件很少——只有少量电池和传感器，因此可用电源有限。因此，设计物联网协议很困难。此外，我们需要在无线环境下执行所有操作（构建拓扑结构、进行地址分配等）。

物联网协议也应满足以下要求：

• 允许各种设备同时通信。

• 物联网已应用于医疗保健、工业、家庭监控等关键领域，因此需要确保通信安全。

• 高效传输数据。

• 可以将物联网设备添加到物联网网络中或从中移除。因此，协议必须提供可扩展性。

已经开发了许多这样的物联网协议，那么如何选择一个呢？

决定使用哪个协议的一种方法是考虑为其设计这些协议的环境。有些是为短距离设计的；有些是为长距离、高数据速率、低数据速率等设计的。它们根据功耗、范围、成本、数据速率等而有所不同。

短距离通信，低数据速率，低功耗

蓝牙

蓝牙的工作频率范围为 2.4GHz。它的覆盖范围为 10m 到 100m，数据速率高达 1MBPS。它支持两种网络拓扑——点对点和网状网络。它适合将少量数据发送到个人设备，例如扬声器、耳机、智能手表、智能鞋等。此协议也可用于智能家居，包括报警器、HVAC、照明等。

Zigbee

它基于 IEEE802.15.4 标准。其频率范围与蓝牙相同，为 2.4GHz。其范围最长可达 100 米，最大数据速率为 250KBPS。Zigbee 协议可以在短距离内传输少量数据。这可用于需要高认证和鲁棒性的系统。它支持星型拓扑、网状拓扑和集群树拓扑。主要应用包括工业中传感设备的健康状况监测、智能家居等。

6LoWPAN

PAN 代表个人局域网，6LoWPAN 指的是 IPv6 低功耗个人局域网。它的工作频率范围为 900 到 2400MHz。数据速率为 250KBPS，支持两种网络拓扑——星型和网状网络。

短距离通信，高数据速率

无线局域网 - Wi-Fi

Wi-Fi 带宽高，数据速率为 54MBPS，最高可达 600MBPS。在提供专用天线的本地区域中覆盖范围为 50m，最远可达 30km。物联网设备可以使用 Wi-Fi 轻松连接并共享大量数据。此协议用于智能家居、智能城市、办公室等。

长距离通信，高数据速率，低功耗

LoRaWAN

它代表低功耗广域网。其范围约为 2.5 公里，最远可达 15 公里。数据速率非常低，为 0.3KBPS，最高可达 50KBPS。它可以支持许多连接的设备，并用于智能城市、供应链管理等应用。

LTE-M

LTE-M 代表机器长期演进。这是一种 LPWAN（低功耗广域网）。它与蜂窝网络一起使用以提供安全性。LTE-M 的工作频率范围为 1.4MHz-5MHz，数据速率最高可达 4MBPS。

长距离，低数据速率，低功耗

Sigfox

当需要广域覆盖且功耗最小时，可以使用 Sigfox。它的目标是连接数十亿个物联网设备。此协议的频率范围为 900MHz，覆盖范围为 3km 到 50km。最大数据速率非常低，为 1KBPS。

长距离，低数据速率，高功耗

蜂窝网络

这也称为移动网络。蜂窝网络有 2G、3G、4G 和 5G。其频率范围为 900MHz、1.8/1.9/2.1 GHz。范围约为 35 公里，最远可达 200 公里。平均数据速率为 35KBPS – 170KBPS。蜂窝网络功耗高。由于频率和安全问题，此协议不适用于大多数物联网设备。它可用于联网汽车等物联网应用。