你要知道的11项物联网(IoT)协议

对电子工程师以及程式开发者而言，现时存有近乎令人眼花缭乱的连接选择供他们研发更多有关物联网的产品和系统。

许多通信技术是众所周知的，例如WIFI，蓝牙，紫蜂和2G / 3G /4G cellular，但也有一些新兴的网络选项，如执行绪(Thread)为家庭自动化应用的替代，和空白电视技术被更广泛的应用在主要城市实施以提供更广泛的物联网例子。根据不同的应用，有些因素，如范围，数据要求，安全和电力需求和电池寿命将决定一个选择或某种形式的技术组合。这些都是一些提供给开发人员的主要通信技术。

Bluetooth (蓝牙)

一个重要的短距离通信技术固然是蓝牙，这已对计算和许多消费产品市场非常重要。它对可穿戴的产品有望成为关键，再次通过在许多情况下，智能电话能够连接到IoT。新的低功耗蓝牙（BLE） - 或智能蓝牙，因为它现在的品牌 - 是物联网应用的显著协议。重要的是，它提供了与普通蓝牙相近的传输距离，但它更显著降低功耗。然而，Smart/BLE不是真的为了用于文件传输而设计，但更适合于传输微细数据。在更个性化的设备，它比很多技术有一个主要优点，令到其广泛的集成在智能手机和许多其他移动设备。据蓝牙技术联盟，超过90％的支持蓝牙功能的智能手机，当中包括iOS，Android和基于Windows的模型，预计将在2018年成为“智能就绪”(Smart Ready)。 使用蓝牙智能功能的装置为了RF收发器，基带和协议栈合并了蓝牙核心规范版本4.0（或更高版本- 最新的是4.2版于2014年年底公布）及附合基本的数据速率和低能量的核配置。重要的是，4.2版通过其互联网协议支持情景模式将允许智能蓝牙传感器通过6LoWPAN的连接直接进入互联网（详见下文）。这种IP连接使得可以利用现有的IP基础设施来管理蓝牙智能“边缘”的设备。更多关于蓝牙4.2的信息可以在 这里 可得到和广泛的 蓝牙模块 可从RS得到。

• 规格：蓝牙4.2核心规范

• 频率： 2.4GHz (ISM)

• 范围：50-150米 (Smart/BLE)

• 数据速率：1Mbps (Smart/BLE)

ZigBee，有些像蓝牙，具有一个大的安装基础操作，虽然也许在更传统的工业环境。在其他可用的ZigBee型材中，ZigBee PRO and ZigBee Remote Control (RF4CE) 基于IEEE 802.15.4协议，它是一种工业标准的无线网络技术为2.4GHz指定程式，需要在一个禁区和100米范围内的地方不频繁地使用低数据速率的数据交换，如在家庭或建筑物。 ZigBee/ RF4CE在提供低功耗操作，高安全性，坚固性和高可扩展性高的节点数复杂系统的一些显著优势，能够很好地利用在M2M物联网和无线应用的控制和传感器网络。ZigBee的最新版本 是最近推出的3.0，它统一了不同的ZigBee无线标准成一个单一的标准。 其中一个ZigBee开发的产品和套件例子是TI的 CC2538SF53RTQT ZigBee的系统级芯片IC和 CC2538 ZigBee 开发套件。 

• 规格：ZigBee 3.0 b 基於 IEEE802.15.4

• 频率： 2.4GHz

• 范围： 10-100米

• 数据速率：250kbps

Z-Wave是一个低功率射频通信技术，主要是设计用于家庭自动化的产品，如在许多其他灯控制器和传感器。优化可靠和低延迟的小数据包的通信数据速率高达100千比特/秒，它在sub-1 GHz频段运作，在2.4-GHz段中，不会受到WIFI及其他无线技术干扰，如蓝牙及Zigbee 。它支持全网状网络，而不需要一个协调器节点和可扩展的，可以控制达232件装置。因为Z - Wave使用较简单的协定，所以它可以更快，更简单的发展，但相比于其它无线技术如ZigBee，唯一制造商是Sigma Designs。 

• 规格：Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959

• 频率：900MHz (ISM)

• 范围： 30米

• 数据速率：9.6/40/100kbit/s 

其中一个主要以IP（互联网协议）为基础的技术是6LoWPAN ( IPv6的低功耗无线个人区域网络）。而它不是一个物联网应用协议技术，如蓝牙或ZigBee，而6LoWPAN是一个网络协议，它定义了封装和报头压缩机制。这标准有频段的自由和物理层，也可以跨多个通信平台，包括以太网，WiFi，802.15.4和低于1 GHz ISM。一个关键属性是IPv6的（因特网协议版本6）协议栈，近几年已成为一个非常重要的推行，从而令到IoT发展。 IPv6是IPv4的继承者，并为在世界上的每个人提供约5×1028地址，使任何嵌入物体或设备在世界上有自己唯一的IP地址，并连接到互联网。特别设计用于家庭或建筑物自动化，例如，IPv6提供一个基本的输送机构，以产生复杂的控制系统，并已成本有效的方式经由低功率无线网络进行设备通信。

它被设计在IEEE802.15.4为基础来传送IPv6包及实施开放的IP标准，包括TCP，UDP，HTTP，COAP，MQTT和WebSockets，该标准提供了端与端寻址节点，允许路由器在网络连接的IP。 6LoWPAN是一个强大的，可扩展性的和自愈性的网状网络。网状路由器设备可以为其他设备传送数据，而主机能够睡长时间。 6LoWPAN的解释可以在这里找到，资料由TI提供。

• 规格：RFC6282

• 频率：改编并通过各种其他网络媒体，包括蓝牙智能（2.4GHz的）或ZigBee或低功耗RF的使用（低于1GHz）

• 范围： N/A

• 数据速率： N/A

它是一个很新的针对家庭自动化环境并基于IP的IPv6网络协议。基于6LoWPAN的，及相类似的，它不是像蓝牙或ZigBee一般的IoT 应用协议。然而，从应用的角度来看，它主要设计为WiFi的补充，因为必需承认，它在家庭自动化设置使用中有限制的，而WiFi在许多消费电子设备都运作得很好。 

由Thread Group于2014年中期推出，免版税的协议是基于各种标准，包括IEEE802.15.4（如无线空中接口协议），IPv6和6LoWPAN的，并为物联网提供了一个弹性的基于IP的解决方案。一些生产现有IEEE802.15.4无线矽胶芯片厂商如飞思卡尔和Silicon Labs，Thread支撑网状网络使用IEEE 802.15.4无线收发器和能够处理多达250个节点与高水平的认证和加密。一个比较简单的软件升级应该允许用户运行在现有的IEEE802.15.4的设备运行Thread。 

• 规格：Thread, based on IEEE802.15.4 and 6LowPAN

• 频率：2.4GHz (ISM)

• 范围： N/A

• 数据速率： N/A

WiFi连接往往是许多开发者的一个显而易见的选择，特别是考虑到无线网络的LAN内的家庭环境中普遍存在，特别是考虑到无线网络的LAN内的家庭环境中普遍存在。它要求一点进一步的解释除了陈述明显，显然有广泛现有的基础设施，以及提供快速的数据传输和处理高量数据的能力。

目前，在家庭和许多企业中使用的最常见的WiFi标准是802.11n，它提供了在每秒数百兆位，这是细用于文件传输的范围内严重的吞吐量，但也可以是太功率消耗许多的IoT的应用程序。一系列为了构建WiFi为基础的应用程式的RF开发套件可以在RS可買得到。

• 规格：Based on 802.11n （在今天的家庭最常见的用法）

• 频率： 2.4GHz and 5GHz bands

• 范围：大约 50米

• 数据速率： 最快可达600Mbps，但普遍是150-200Mbps，这取决于使用的频道的频率和天线数目（最新802.11 - 交流标准应提供500 Mbps到1Gbps）

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任何物联网应用程序需要在更长的距离操作能够利用GSM / 3G/4G通信能力的优势。而移动网络能够发送高数量的数据，特别是4G，费用和功耗对于许多应用会很高，但它可以是理想的基于传感器的低带宽数据项目，将发送极低量在互联网上的数据。在这方面的一个关键产品是SparqEE 一系列的产品，包括原来微小的CELLv1.0低成本开发板和与Raspberry Pi 和 Arduino 平台共同使用的一系列的屏蔽连接板。 

• 规格：GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA (3G), LTE (4G)

• 频率： 900/1800/1900/2100MHz

• 范围：GSM最远为35km ;  HSPA最远为200km

• 数据速率（下载）：35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE) 

NFC（近场通信）是一种技术，允许电子设备之间既简单又安全的双向交互，尤其适用于智能手机，让消费者进行非接触式支付交易，访问数码内容和连接电子设备。本质上，它延伸了感应式卡技术的能力，并且使设备距离小于4厘米共享信息。 更多信息，请点击 这里。

• 规格： ISO/IEC 18000-3

• 频率：13.56MHz (ISM)

• 范围：10cm

• 数据速率：100–420kbps

另一种宽范围的技术是Sigfox，这在范围方面就在WiFi和移动网络之间。它使用ISM频段，这是自由而无需获取许可证来使用，以及在一个很窄的光谱数据传输到连接的对象。 Sigfox的概念是，很多靠小电池运行及数据传输的水平低的M2M应用，则无线网络的范围太短而移动网络是过于昂贵，也消耗太多的功率。 Sigfox使用一种称为超窄带（UVB）技术，仅设计为每秒处理10到1000比特的低数据传输速度。这相比于功耗5000微瓦的移动网络，它的功耗仅为50毫瓦，一个2.5AH电池提供了20年的待机时间但待机时间移动网络只有0.2年。 

现时已安装了数万连接对象，网络目前正在欧洲各地的主要城市，包括在英国的十大城市继续推行。网络提供了一个强大的，节能的，可扩展的网络，可以与数百万跨越几平方公里的区域电池供电设备进行通信，使得它适用于不同的M2M应用包括智能电表，病人监护仪，安全设备，街道照明和环境传感器。 Sigfox系统采用矽如Silicon Labs公司的 EZRadioPRO无线收发器 ，在低于1GHz频段下，它提供业界领先的无线性能，扩展范围和超低的功耗运行的无线网络应用。 

• 规格：Sigfox

• 频率： 900MHz

• 范围： 30-50km (郊区), 3-10km (市区)

• 数据速率： 10-1000bps 

与Sigfox概念相似，在1GHz以下频段运行，Neul利用了段非常小的电视空白频谱以提供高可扩展性，高覆盖，低功耗，低成本的无线网络。系统是基于的爱西尼芯片，它使用白空间无线电存取优质UHF频谱从而进行通信，由于模拟转换到数码电视，频谱现正可用了。通信技术被称为无重，这是一个为了IoT而新设计的广域无线联网技术，并与现有的GPRS，3G，CDMA和LTEWAN方法有很大程度上竞争。数据传输速率可以是每秒几比特什至100kbps通过相同的单一连结，设备可以消耗两颗AA电池少于20-30 mA，即是可以使用10-15年。

• 规格：Neul

• 频率：900MHz (ISM), 458MHz (UK), 470-790MHz (White Space)

• 范围：10km

• 数据速率： Few bps up to 100kbps

  
  

再次，在某些方面与Sigfox和Neul类似，LoRaWAN 针对广域网（WAN）的应用程序和被设计为提供低功率的广域网，有一些特征是为了特别去支援于M2M，智能城市和工业应用的低成本移动安全双向通信功能。优化低功耗及支援大型网络中数以百万计的装置，数据传输速率范围是从0.3 kbps到50 kbps。 

• 规格： LoRaWAN

• 频率：不定

• 范围：2-5km (市区), 15km (郊区环境)

• 数据速率：0.3-50 kbps.

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