隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的持續(xù)增加，這些設(shè)備之間的通信或連接已成為一個(gè)重要的思考課題。根據(jù)Gartner的研究，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到204億臺(tái)。這里有幾個(gè)可用的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，它們具有不同的性能、數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍、功率和內(nèi)存，而且每一種協(xié)議都有各自的優(yōu)點(diǎn)和或多或少的缺點(diǎn)。其中一些通信協(xié)議只適合小型家用電器，而其他一些通信協(xié)議則可以用于大型智慧城市項(xiàng)目。

常用的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議

由于物聯(lián)網(wǎng)已成為IT專業(yè)人員的熱門(mén)話題，因此我們將這里簡(jiǎn)單介紹一下物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中最常用的通信協(xié)議。

一、藍(lán)牙低功耗(BLE)

藍(lán)牙低功耗(BLE)是藍(lán)牙的增強(qiáng)版本，它也是應(yīng)用最早、最廣泛的無(wú)線技術(shù)之一，可在大約10米的短距離內(nèi)進(jìn)行有效通信。藍(lán)牙的概念是由愛(ài)立信公司的Nils Rydbeck在1989年提出的。在2001年和2004年之間，它被進(jìn)一步優(yōu)化為功耗更低、成本更低的版本，例如藍(lán)牙低功耗(BLE)協(xié)議或Nokia的智能藍(lán)牙。它旨在保持通訊范圍的同時(shí)顯著降低能耗。由于這種屬性，藍(lán)牙已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主要協(xié)議。目前，它被用于所有的主流操作系統(tǒng)，包括iOS、安卓、微軟手機(jī)、草莓、OS X、Linux和Windows等。藍(lán)牙技術(shù)的最新版本是5.0，它增加了創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持配置文件(IPSP)。目前，它已針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了全面的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化。

二、WiFi

WiFi是另一種廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間通信的協(xié)議。如今WiFi已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分，因?yàn)樗褂昧舜罅康幕A(chǔ)架構(gòu)，可以快速地傳輸數(shù)據(jù)(每秒高達(dá)數(shù)百兆)，并具有處理大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。?duì)于許多電子設(shè)備的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，WiFi因?yàn)槠涑休d的基礎(chǔ)架構(gòu)而成為最佳選擇。使用WiFI的兩臺(tái)設(shè)備之間的通信距離大約為50米，這遠(yuǎn)高于使用藍(lán)牙技術(shù)通信的設(shè)備。

WiFi基于IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，其第一個(gè)版本于1997年發(fā)布。該版本能夠提供高達(dá)2Mbit/s的鏈接速度。目前，WiFi最常用的標(biāo)準(zhǔn)是基于IEEE 802.11的802.11n，但802.11ac的使用也在快速增長(zhǎng)。最新的版本提供了比802.11n更快的通信速度。(來(lái)源物聯(lián)之家網(wǎng))盡管WiFi非常適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間通信，但其運(yùn)行耗能比較高。不過(guò)，無(wú)論如何，它都是目前大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行文件傳輸?shù)淖顝?qiáng)大協(xié)議。

三、ZigBee

ZigBee是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信協(xié)議，其工作頻率是2.4GHz，數(shù)據(jù)速率為250kbps。ZigBee之所以適合在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行有效通信，就在于它具有低耗能、高擴(kuò)展性、安全性、持久性以及高節(jié)點(diǎn)數(shù)的屬性。不僅網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到1024個(gè)，最遠(yuǎn)距離達(dá)到200米，而且ZigBee甚至可以使用128位AES加密算法。

ZigBee規(guī)范(IEEE 802.15.4-2003) 于2004年12月14日首次得到批準(zhǔn)，2005年發(fā)布。ZigBee協(xié)議的理想設(shè)計(jì)是用于家庭自動(dòng)化和大型工業(yè)站點(diǎn)，因?yàn)檫@些地方要求低功耗，而且在低數(shù)據(jù)速率下家庭或建筑物之間的數(shù)據(jù)交換并不頻繁。將ZigBee作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間通信的首選模式的用戶基數(shù)很大。

ZigBee的最新版本是ZigBee 3.0，這個(gè)版本可以認(rèn)為是幾個(gè)ZigBee無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能的集合。像城區(qū)的街道照明和電表這樣要求低耗能的電子系統(tǒng)都使用ZigBee協(xié)議來(lái)作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間通信的首選模式。ZigBee協(xié)議也能用于安全系統(tǒng)和智能家居。

四、Z-Wave

與ZigBee類似，Z-Wave是低功耗射頻通信協(xié)議，主要用于家庭自動(dòng)化系統(tǒng)和電子設(shè)備，如燈控制器和傳感器。Z-Wave通信協(xié)議的頻率是900MHz，范圍是30-100米，因此，該協(xié)議與其他無(wú)線協(xié)議(如WiFi、藍(lán)牙、運(yùn)行頻率為2.4GHz的ZigBee等)的干擾可以忽略不計(jì)。它的數(shù)據(jù)速率范圍大約從40kbps到100kbps。

與其他協(xié)議相比，Z-Wave協(xié)議更簡(jiǎn)單，因此可以輕松地以更快的速度開(kāi)發(fā)。Z-Wave中使用的無(wú)線電頻段是所在國(guó)/地區(qū)的特定頻段。例如，868.42 MHz SRD頻段(歐洲)、900 MHz ISM或908.42 MHz頻段(美國(guó))、916 MHz頻段(以色列)、919.82 MHz頻段(香港)、921.42 MHz頻段(澳大利亞/新西蘭)、865.2 MHz頻段(印度)。

五、遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)(LoRaWAN)

遠(yuǎn)程廣域網(wǎng)(LoRaWAN)是一種通信協(xié)議，主要用于區(qū)域、國(guó)家或全球的由電池供電的遠(yuǎn)程無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它因能以最低的功耗進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信而聞名，還能檢測(cè)到噪音水平下的信號(hào)。(來(lái)源物聯(lián)之家網(wǎng))該協(xié)議主要用于智慧城市，那里的大型網(wǎng)絡(luò)擁有數(shù)百萬(wàn)臺(tái)彼此連接的設(shè)備，這些設(shè)備以較小的電池和內(nèi)存運(yùn)行。LoRaWAN的數(shù)據(jù)速率是0.3kbps至50kbps。

智能街道照明是使用LoRaWAN協(xié)議的實(shí)際實(shí)例，其中路燈與使用LoRaWAN協(xié)議的LoRa網(wǎng)關(guān)連接。網(wǎng)關(guān)再與云應(yīng)用程序連接，該應(yīng)用程序完全控制燈泡的亮度，并根據(jù)環(huán)境中的自然光照進(jìn)行調(diào)節(jié)。

六、近場(chǎng)通信(NFC)

近場(chǎng)通信(NFC)是一種簡(jiǎn)單且安全的協(xié)議，可以簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的雙向通信。它主要使用兩個(gè)環(huán)形天線的近場(chǎng)電磁感應(yīng)。它專為智能手機(jī)設(shè)計(jì)，允許用戶進(jìn)行非接觸式支付交易。它還幫助用戶訪問(wèn)電子內(nèi)容并連接電子設(shè)備。基本上，它拓展了非接觸卡技術(shù)的功能，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在大約不到4厘米的近距離內(nèi)分享信息。

NFC協(xié)議的數(shù)據(jù)速率為106kbps至424kbps。由于NFC協(xié)議是短距離通信協(xié)議，因此功耗更低。它設(shè)置時(shí)間更少，并不要求設(shè)備配對(duì)。也是由于短距離通信，因此大大降低了對(duì)環(huán)境中其他網(wǎng)絡(luò)的有害干擾的可能性。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議: “最好的選擇”vs.“最適合的選擇”

今天，應(yīng)用最廣的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議是藍(lán)牙和WiFi，但NFC正在快速發(fā)展。很難確定以上討論的通信協(xié)議哪種最適合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，但是贏家肯定是在大多數(shù)新制造的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和手機(jī)上可以輕松使用且速率適宜的那種協(xié)議。然而，基于目前各種各樣的用例，問(wèn)題的關(guān)鍵不是找到“最好的”選擇，而是根據(jù)需求找到“最適合的”選擇。例如，如果您需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸大量數(shù)據(jù)和文件，WiFi將是理想的選擇，而如果您想使用非接觸卡技術(shù)即時(shí)付款，NFC將是首選。總之，成功的通信協(xié)議完全取決于您希望達(dá)成的目標(biāo)。