欧时课堂丨工业物联网通信协议

本期的欧时课堂提供了重要的IIoT通信协议的细目分类，帮助大家了解无线通信技术，以便充分利用工业4.0的优势管理智能工厂。

蓝牙Mesh是一种网状网络，可以创建大型的扩展多对多设备通信，而不必通过中央集线器的限制，使其特别适用于工业环境中，成千上万个需要彼此安全通信的设备的控制、监视和自动化。

蓝牙Mesh的网状拓扑结构意味着网络的大小和区域实际上是无限的，因此非常适合连接广泛的传感器网络。然而在某些应用中，相对较短的距离和较低的数据传输速率是一个障碍。使得它更适合于近距离本地网络。

任何需要更长距离操作的IIoT应用程序，都可以利用GSM/3G/4G/5G蜂窝通信功能，这是一种行之有效的发送相对大量数据的手段。而最新的5G技术具有超高速、低延迟和大容量数据传输功能，可以显著改善工业环境，推动关键领域的进步。

约束应用协议（CoAP）是一种专门的Web传输协议，专门为与机器对机器应用程序中的受约束节点、受约束网络一起使用而开发。它的主要优势是即使在低带宽和低可用性成为限制因素的情况下，也可以使简单的设备加入物联网。

LoRaWAN是一种低功耗广域网协议，支持IIoT网络中的低成本移动安全双向通信。它通常以星型拓扑结构部署，网关在终端设备和中央网络服务器之间发送消息。网关通过标准IP连接链接到网络服务器，充当网桥并将RF数据包转换为IP数据包，反之亦然。

LoRaWAN是一种可扩展的解决方案，提供低功耗、覆盖范围广、易于部署的通信体系结构。但与此同时，它也仅适用于数据速率较低的情况，不适合具有低延迟要求的实时应用程序。

由Google支持的OpenThread是Thread的开源实现，专门为无线个人区域网状网络中的低功耗设备而设计。OpenThread可以在工业环境中找到应用，特别是作为通过多个无线连接资源受限节点的手段。

OpenThread安装简单且安全，自我修复的网状网络意味着没有单点故障，且其低功耗设备能够长时间休眠并依靠电池供电。然而相对较新的网络协议，它更多地与家庭自动化环境相关联，在工业环境中会受到更多限制。

Sigfox使用名为超窄带的技术，在非常窄的频谱之间与连接的对象传输数据。该技术是专门为处理低数据传输速度而设计的，功耗仅为50毫瓦。典型的IIoT应用是制造业中基于云的资产跟踪，以及公用事业部门中的资源管理。

Sigfox强大、省电且可扩展的特性，使其适用于在大范围内运行由电池供电的设备的各种应用。其缺点是不适合高数据速率通信。

Zigbee是基于IEEE 802.15.4标准的局域网协议，它为工业设置中的大量已安装操作基础奠定了基础。Zigbee基于网状拓扑，可以支持网络中的数千个节点，从而促进了传感器和可以一起通信的设备之间的高效数据传输。

因此，我们可以看到，在为IIoT选择通信协议时，设计工程师和应用程序开发人员有着不同的选择。除此之外，他们还能综合使用以上多种通信协议，以无缝组合的方式设计可靠的IIoT解决方案，构建智能工厂，充分利用工业4.0的优势。