物聯網常見協議最全講解
時間:2022-06-21 來源:本站原創物聯網通信協議有很多種,它們具有不同的性能、通信速率、覆蓋范圍、功率和內存,本文從以下幾個維度對物聯網常見的幾種協議進行闡述。
應用層協議
1、MQTT
MQTT(Message Queue Telemetry Transport,遙測傳輸協議),其主要提供了訂閱/發布兩種消息模式,更為簡約、輕量,易于使用,特別適合于受限環境(帶寬低、網絡延遲高、網絡通信不穩定)的消息分發,屬于物聯網(Internet of Thing)的一個標準傳輸協議。
在很多情況下,包括受限的環境中,如:機器與機器(M2M)通信和物聯網(IoT)。在通過衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。
2、CoAP
CoAP(Constrained Application Protocol)是一種在物聯網世界的類Web協議,適用于需要通過標準互聯網網絡進行遠程控制或監控的小型低功率傳感器、開關、閥門和類似的組件,服務器對不支持的類型可以不響應。
3、DDS
DDS(Data Distribution Service)分布式實時數據分發服務中間件協議,它是分布式實時網絡里的“TCP/IP”,用來解決實時網絡中的網絡協議互聯,其作用相當于“總線上的總線”。
4、XMPP
XMPP是一種基于標準通用標記語言的子集XML的協議,它繼承了在XML環境中靈活的發展性。因此,基于XMPP的應用具有超強的可擴展性。經過擴展以后的XMPP可以通過發送擴展的信息來處理用戶的需求,以及在XMPP的頂端建立如內容發布系統和基于地址的服務等應用程序。
5、AMQP
AMQP,即Advanced Message Queuing Protocol,一個提供統一消息服務的應用層標準高級消息隊列協議,是應用層協議的一個開放標準,為面向消息的中間件設計。基于此協議的客戶端與消息中間件可傳遞消息,并不受客戶端/中間件不同產品,不同的開發語言等條件的限制。Erlang中的實現有RabbitMQ等。
6、REST/HTTP
RESTful API是基于HTTP協議的一種實現。(HTTP是一個應用層的協議,特點是簡捷、快速)。RESTful是一種基于資源的軟件架構風格。所謂資源,就是網絡上的一個實體,或者說是網絡上的一個具體信息。一張圖片、一首歌曲都是一個資源。
滿足Rest規范的應用程序或設計就是RESTful,根據Rest規范設計的API,就叫做RESTful API
7、FTP
FTP是一個8位的客戶端-服務器協議,能操作任何類型的文件而不需要進一步處理,就像MIME或Unicode一樣。但是,FTP有著極高的延時,這意味著,從開始請求到第一次接收需求數據之間的時間,會非常長;并且不時的必須執行一些冗長的登陸進程。
網絡層協議
1、IPv4
互聯網通信協議第四版,是網際協議開發過程中的第四個修訂版本,也是此協議第一個被廣泛部署的版本。IPv4是互聯網的核心,也是使用最廣泛的網際協議版本。
2、IPv6
互聯網協議第6版,由于IPv4最大的問題在于網絡地址資源有限,嚴重制約了互聯網的應用和發展。IPv6的使用,不僅能解決網絡地址資源數量的問題,而且也解決了多種接入設備連入互聯網的障礙。
3、TCP
傳輸控制協議(TCP,Transmission Control Protocol)是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。TCP旨在適應支持多網絡應用的分層協議層次結構。連接到不同但互連的計算機通信網絡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。
4、6LoWPAN
6LoWPAN是一種基于IPv6的低速無線個域網標準,即IPv6overIEEE802.15.4。
5、RPL
低功耗有損網絡路由協議(Routing Protocol for LLN),該路由協議主要用于智能物件網絡,專為受限的設備通過有損(有線的、無線的)鏈路互聯構成的LLN設計的。
硬件層協議
1. 近距離通信-感應層
(1)RFID
射頻識別(RFID)是Radio Frequency Identification的縮寫。其原理為閱讀器與標簽之間進行非接觸式的數據通信,達到識別目標的目的。RFID的應用非常廣泛,典型應用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理。完整的RFID系統由讀寫器(Reader)、電子標簽(Tag)和數據管理系統三部分組成。
(2)Bluetooth
藍牙技術是一種無線數據和語音通信開放的全球規范,它是基于低成本的近距離無線連接,為固定和移動設備建立通信環境的一種特殊的近距離無線技術連接,一般有效的范圍在10米左右。
藍牙能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術,能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信,從而數據傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。
(3)IRdA
IrDA是紅外數據組織(Infrared Data Association)的簡稱,IrDA協議支持通過遠紅外線傳輸數據,不僅支持發送和打印機服務,還可以通過遠紅外線接口創建多臺計算機之間的連接。在Windows 2000/2003 Server中沒有集成該協議,如果要使用遠紅外線功能,可以使用Windows 2002/2003中提供的支持IrDA協議的其他軟件。
(4)NFC
NFC的中文簡稱近場通信技術,“近場”是指臨近電磁場的無線電波。。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術的基礎上,結合無線互連技術研發而成,它為我們日常生活中越來越普及的各種電子產品提供了一種十分安全快捷的通信方式,主要應用在門禁、考勤、訪客、會議簽到、巡更等領域。NFC具有人機交互、機器間交互等功能。
(5)Dash7
DASH7協議是一個開放的無線傳感器網絡標準,由DASH7聯盟制定。DASH7采用的是BLAST網絡技術,支持突發性的數據流傳輸,比如視頻或者音頻。DASH7被定義為低功耗、 中距離、異步通信網絡協議,來處理比較小而且突發的請求命令、響應方式的設備之間傳輸的數據包,不需要定期的網絡“握手”或者設備同步。最大數據包的大小為256字節。在傳輸過程中可能會出現多個連續的數據包,但是通常會盡量避免這種情況出現。
2. 近距離蜂窩通信-網絡層
(1) 2G/3G/4G
2G/3G/4G通信協議,分別指第二、三、四代移動通信系統協議。
(2) 5G
第五代移動通信技術,是最新一代蜂窩移動通信技術。5G的性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接。
(3) NB-IOT
窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things)成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網絡,只消耗大約180kHz的帶寬,可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡,以降低部署成本、實現平滑升級。NB-IoT聚焦于低功耗、廣覆蓋物聯網市場,是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術。具有覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構優等特點。
NB-IoT網絡帶來的場景應用包括智能停車、智能消防、智能水務、智能路燈、共享單車和智能家電等。
3. 遠距離非蜂窩網絡-終端設備
(1) ZigBee
ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線通信協議,是一種高可靠的無線數傳網絡,主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。
ZigBee技術是一種新型技術,主要是依靠無線網絡進行傳輸,它能夠近距離的進行無線連接,屬于無線網絡通訊技術。它的每個網絡端口可以最多接入6.5萬多個端口,使得它在物聯網行業逐漸成為一個主流技術,在工業、農業、智能家居等領域得到大規模的應用。
(2) WiFi
由于前幾年家用WiFi路由器以及智能手機的迅速普及,WiFi協議在智能家居領域也得到了廣泛應用。WiFi協議最大的優勢是可以直接接入互聯網。相對于ZigBee,采用Wifi協議的智能家居方案省去了額外的網關,相對于藍牙協議,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的場景應用潛力表露無疑。
(3) z-Wave
z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為908.42MHz(美國)~868.42MHz(歐洲),采用FSK(BFSK/GFSK)調制方式,數據傳輸速率為9.6 kbps,信號的有效覆蓋范圍在室內是30m,室外可超過100m,適合于窄寬帶應用場合。
隨著通信距離的增大,設備的復雜度、功耗以及系統成本都在增加,相對于現有的各種無線通信技術,Z-Wave技術將是最低功耗和最低成本的技術,有力地推動著低速率無線個人區域網。
(4) LoRa
LoRa(LongRange,遠距離)是一種調制技術,與同類技術相比,提供更遠的通信距離。LoRa網關、煙感、水監測、紅外探測、定位、排插等廣泛應用物聯網產品。作為一種窄帶無線技術,LoRa是使用到達時間差來實現地理定位的。
LoRa定位的應用場景:智慧城市和交通監控、計量和物流、農業定位監控。
4. 有線通信-設備連接
(1) MBus
MBus遠程抄表系統(symphonicmbus),是歐洲標準的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。
(2) USB
USB,是英文UniversalSerialBus(通用串行總線)的縮寫,是一個外部總線標準,用于規范電腦與外部設備的連接和通訊,是應用在PC領域的接口技術。
(3) RS232/RS485串口通信協議
串口通信協議是指規定了數據包的內容,內容包含了起始位、主體數據、校驗位及停止位,雙方需要約定一致的數據包格式才能正常收發數據的有關規范。在串口通信中,常用的協議包括RS-232、RS-422和RS-485。
串口通信是指外設和計算機間,通過數據線按位進行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線少,在遠距離通信中可以節約通信成本,但其傳輸速度比并行傳輸低。大多數計算機(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備常用的通信協議。
(4) Ethernet
Ethernet一般指以太網。 以太網是一種計算機局域網技術。IEEE組織的IEEE802.3標準制定了以太網的技術標準,它規定了包括物理層的連線、電子信號和介質訪問層協議的內容。
以太網有兩類:第一類是經典以太網,第二類是交換式以太網,使用了一種稱為交換機的設備連接不同的計算機。經典以太網是以太網的原始形式,運行速度從3~10 Mbps不等;而交換式以太網正是廣泛應用的以太網,可運行在100、1000和10000Mbps那樣的高速率,分別以快速以太網、千兆以太網和萬兆以太網的形式呈現。
以上就是關于物聯網的通信協議的詳解。沒有一種通信協議是最好的,也沒有一種協議適合每一種部署。企業技術人員必須根據各自情況來確定哪種協議最適合。這些決定應權衡一系列因素,從連接設備的電源需求和這些設備的位置,到部署所在的地理規模和功能,再到部署的安全要求。