物联网开发

物联网中最常见十二种协议

  物联网的数量和覆盖范围正在迅速扩大,据研究报告,2020年物联网连接数首次超过非物联网在线连接数。物联网协议的可用性和扩展,包括5G和低功耗广域网,推动并支持了大部分增长。


物联网协议


  物联网中有多少协议?


  有多种物联网协议可用,每一种协议都提供某些功能或特性组合,使其优于特定物联网部署的其他选项。


  每个物联网协议都支持设备到设备、设备到网关或设备到云或数据中心的通信--或者这些通信的组合。


  地理位置和特殊位置、功耗需求、电池供电选项、物理障碍的存在和成本等因素决定了物联网部署中哪种协议是最佳的。


  为什么物联网协议很重要?


  物联网的好处和价值来自于使组件能够通信;这种通信能力是将数据从端点设备通过物联网管道移动到中央服务器的原因。


  这种通信通过物联网协议进行,可确保连接环境中的下一步和后续步骤接收和理解从端点设备(例如传感器)发送的数据,无论该数据的下一步是发送到另一个端点设备还是网关或应用程序。


  简而言之,物联网协议对于物联网的存在与事物本身一样重要。


  尽管作为一个集体的协议对于使物联网工作至关重要,但协议并非生来平等。行业专家表示,并非所有协议都能在任何情况下都能正常工作或运行良好。有些协议适用于建筑物中的物联网使用,有些适用于建筑物之间的物联网部署,而另一些则适用于国家或全球物联网用例。


  物联网架构有哪些不同层次?


  网络系统是作为技术堆栈构建的;这些通常在参考模型(一种框架)中可视化,技术人员使用该模型来概念化数据在整个堆栈中的通信方式。


  最著名的是开放系统互连(OSI)模型,它列出了七层。从下到上,层数是:


  ◆身体的


  ◆数据链接


  ◆网络


  ◆运输


  ◆会议


  ◆介绍


  ◆应用


  物联网也以多层模型表示。虽然有些使用OSI七层模型,但其他使用的包括:


  ◆三层模型:感知、网络和应用


  ◆四层模型:感知、支撑、网络和应用


  ◆五层模型:感知、传输、处理、应用和业务,或物理、数据链路、网络、传输和应用


  使用的协议通常因层而异。因此,物联网生态系统可以有多种协议,不同的协议支持不同层的通信,一些协议跨层桥接。例如,蓝牙和无线在最底层支持通信,而数据分发服务(DDS)和MQTT则在应用层工作。


  最常见的协议


  在构建网络以服务于他们的物联网生态系统时,技术人员可以从多种通信协议中进行选择。最常见的包括以下内容。


  1.蓝牙和BLE


  蓝牙是一种使用短波超高频无线电波的短距离无线技术。它最常用于音频流,但它也已成为无线和连接设备的重要推动者。因此,这种低功耗、低范围的连接选项是个人局域网和物联网部署的首选。


  另一种选择是低功耗蓝牙,称为蓝牙LE或BLE,这是针对物联网连接优化的新版本。顾名思义,BLE的功耗低于标准蓝牙,这使其在许多用例中特别有吸引力,例如消费者端的健康和健身追踪器和智能家居设备以及商业端的店内导航。


  2.AMQP


  AMQP是Advanced Message Queuing Protocol的缩写,是一种开放标准协议,用于更多面向消息的中间件。因此,无论使用何种消息代理或平台,它都允许系统之间的消息传递互操作性。它提供安全性和互操作性以及可靠性,即使是在远距离或在较差的网络上也是如此。即使系统不同时可用,它也支持通信。


  3.合作协议


  IETF受限RESTful环境工作组于2013年推出了CoAP,用于受限应用协议,将其设计为与基于HTTP的物联网系统一起使用。CoAP依靠用户数据报协议来建立安全通信并实现多点之间的数据传输。CoAP通常用于机器对机器(M2M)应用程序,即使存在低带宽、低可用性和/或低能耗设备,也能让受限设备加入物联网环境。


  4.蜂窝


  蜂窝是物联网应用中最广泛可用和最知名的选项之一,它是通信范围更远的部署的最佳选择之一。尽管2G和3G传统蜂窝标准现在正在逐步淘汰,但电信公司正在迅速扩大更新的高速标准的覆盖范围——即4G/LTE和5G。蜂窝提供高带宽和可靠的通信。它能够发送大量数据,这是许多物联网部署的重要功能。然而,这些功能是有代价的:比其他选项更高的成本和功耗。


  5.LoRa和LoRaWAN


  LoRa,即远程,是一种非蜂窝无线技术,正如其名称所描述的那样,提供远程通信功能。它为M2M应用程序和物联网部署提供安全数据传输的低功耗。作为一项专有技术,它现在是Semtech射频平台的一部分。Semtech是其创始成员的LoRa联盟现在是LoRa技术的管理机构。LoRa联盟还设计并维护了LoRaWAN,这是一种基于云的开放协议,使设备能够与LoRa进行通信。


  6.DDS


  对象管理组(OMG)为实时系统开发了数据分发服务。OMG将DDS描述为“用于以数据为中心的连接的中间件协议和API标准”,并解释说“它将系统的组件集成在一起,提供低延迟的数据连接、极高的可靠性和可扩展的架构,业务和关键任务物联网应用程序需要。”该M2M标准使用发布-订阅模式实现高性能和高度可扩展的实时数据交换。


  7.MQTT


  开发于1999年,最初被称为消息队列遥测传输,现在只是MQTT。该协议中不再有任何消息排队。MQTT使用发布-订阅架构来实现M2M通信。其简单的消息传递协议适用于受限制的设备,并支持多个设备之间的通信。它旨在在低带宽情况下工作,例如用于不可靠网络上的传感器和移动设备。该功能使其成为连接具有小代码占用空间的设备以及由于带宽限制或不可靠连接而具有不同延迟水平的无线网络的普遍首选选项。MQTT最初是一种专有协议,现在是连接物联网和工业物联网的领先开源协议设备。


  8.LWM2M


  OMA SpecWorks将其轻量级M2M(LWM2M)描述为“为传感器网络和M2M环境需求而设计的设备管理协议”。该通信协议专为物联网环境和其他M2M应用中的远程设备管理和遥测而设计;因此,对于处理和存储能力有限的低功耗设备来说,这是一个不错的选择。(子午物联网ziwuiot.com)


  9.XMPP


  追溯到2000年代初,Jabber开源社区首次设计了可扩展消息传递和在线状态协议(XMPP),用于实时人与人之间的通信,XMPP现在用于轻量级中间件中的M2M通信和路由XML数据.XMPP支持网络上多个实体之间结构化但可扩展的数据的实时交换,它最常用于面向消费者的物联网部署,例如智能设备。它是XMPP标准基金会支持的开源协议。


  10.无线网络


  鉴于其在家庭、商业和工业建筑中的普遍应用,Wi-Fi是一种常用的物联网协议。它提供快速的数据传输并能够处理大量数据。Wi-Fi特别适用于中短距离的LAN环境。此外,Wi-Fi的多种标准——在家庭和一些企业中最常见的是802.11n——为技术人员提供了部署选择。然而,许多Wi-Fi标准,包括家庭中常用的标准,对于某些物联网用例来说太耗电,尤其是低功耗/电池供电的设备。这限制了Wi-Fi作为某些部署的选项。此外,Wi-Fi的低覆盖范围和低可扩展性也限制了其在许多物联网部署中使用的可行性。


  11.Z-Wave


  另一个专有选项Z-Wave是一种基于低功耗射频技术的无线网状网络通信协议。与蓝牙和Wi-Fi一样,Z-Wave允许智能设备通过加密进行通信,从而为物联网部署提供一定程度的安全性。它通常用于家庭自动化产品和安全系统,以及能源管理技术等商业应用。它在美国以908.42 MHz无线电频率运行;但是,其频率因国家/地区而异。Z-Wave得到Z-Wave联盟的支持,Z-Wave联盟是一个成员联盟,致力于扩展使用Z-Wave的设备的技术和互操作性。


  12.Zigbee


  Zigbee是一种网状网络协议,专为建筑和家庭自动化应用而设计,是物联网环境中最流行的网状协议之一。Zigbee是一种短距离和低功耗协议,可用于扩展多个设备之间的通信。它的范围比BLE更长,但数据速率比BLE低。它由Zigbee联盟监督,提供灵活的自组织网格、超低功耗和应用程序库。


  选择正确的物联网协议


  没有一种通信协议是最好的,也没有一种协议适合每一种部署。


  企业技术人员必须根据他们计划的物联网开发部署的独特情况来确定哪种协议最适合他们的组织。这些决定应权衡一系列因素,从连接设备的电源需求和这些设备的位置,到部署所在的地理规模和功能,再到部署的安全要求。


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