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六种最常用的物联网通信协议

2021-01-04 来源:郑州跃龙电子科技有限公司
一、蓝牙低功耗(BLE)
蓝牙低功耗(BLE)是蓝牙的增强版本,它也是应用最早、最广泛的无线技术之一,可在大约10米的短距离内进行有效通信。蓝牙的概念是由爱立信公司的Nils Rydbeck在1989年提出的。在2001年和2004年之间,它被进一步优化为功耗更低、成本更低的版本,例如蓝牙低功耗(BLE)协议或Nokia的智能蓝牙。它旨在保持通讯范围的同时显著降低能耗。

由于这种属性,蓝牙已成为物联网设备的主要协议。目前,它被用于所有的主流操作系统,包括iOS、安卓、微软手机、草莓、OS X、Linux和Windows等。蓝牙技术的最新版本是5.0,它增加了创新的网络协议支持配置文件(IPSP)。目前,它已针对物联网设备进行了全面的开发与优化。


二、WiFi
WiFi是另一种广泛用于物联网设备间通信的协议。如今WiFi已经成为我们生活中不可或缺的一部分,因为它使用了大量的基础架构,可以快速地传输数据(每秒高达数百兆),并具有处理大量数据传输的能力。对于许多电子设备的设计者来说,WiFi因为其承载的基础架构而成为最佳选择。使用WiFI的两台设备之间的通信距离大约为50米,这远高于使用蓝牙技术通信的设备。

WiFi基于IEEE 802.11系列标准,其第一个版本于1997年发布。该版本能够提供高达2Mbit/s的链接速度。目前,WiFi最常用的标准是基于IEEE 802.11的802.11n,但802.11ac的使用也在快速增长。最新的版本提供了比802.11n更快的通信速度。(来源物联之家网)尽管WiFi非常适合物联网设备间通信,但其运行耗能比较高。不过,无论如何,它都是目前大多数物联网设备之间进行文件传输的最强大协议。


三、ZigBee
ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的短距离无线通信协议,其工作频率是2.4GHz,数据速率为250kbps。ZigBee之所以适合在物联网设备之间进行有效通信,就在于它具有低耗能、高扩展性、安全性、持久性以及高节点数的属性。不仅网络的最大节点数可以达到1024个,最远距离达到200米,而且ZigBee甚至可以使用128位AES加密算法。

ZigBee规范(IEEE 802.15.4-2003) 于2004年12月14日首次得到批准,2005年发布。ZigBee协议的理想设计是用于家庭自动化和大型工业站点,因为这些地方要求低功耗,而且在低数据速率下家庭或建筑物之间的数据交换并不频繁。将ZigBee作为物联网设备间通信的首选模式的用户基数很大。

ZigBee的最新版本是ZigBee 3.0,这个版本可以认为是几个ZigBee无线标准的所有功能的集合。像城区的街道照明和电表这样要求低耗能的电子系统都使用ZigBee协议来作为物联网设备间通信的首选模式。ZigBee协议也能用于安全系统和智能家居。


四、Z-Wave
与ZigBee类似,Z-Wave是低功耗射频通信协议,主要用于家庭自动化系统和电子设备,如灯控制器和传感器。Z-Wave通信协议的频率是900MHz,范围是30-100米,因此,该协议与其他无线协议(如WiFi、蓝牙、运行频率为2.4GHz的ZigBee等)的干扰可以忽略不计。它的数据速率范围大约从40kbps到100kbps。

与其他协议相比,Z-Wave协议更简单,因此可以轻松地以更快的速度开发。Z-Wave中使用的无线电频段是所在国/地区的特定频段。例如,868.42 MHz SRD频段(欧洲)、900 MHz ISM或908.42 MHz频段(美国)、916 MHz频段(以色列)、919.82 MHz频段(香港)、921.42 MHz频段(澳大利亚/新西兰)、865.2 MHz频段(印度)。


五、远程广域网(LoRaWAN)
远程广域网(LoRaWAN)是一种通信协议,主要用于区域、国家或全球的由电池供电的远程无线物联网设备。它因能以最低的功耗进行远距离通信而闻名,还能检测到噪音水平下的信号。(来源物联之家网)该协议主要用于智慧城市,那里的大型网络拥有数百万台彼此连接的设备,这些设备以较小的电池和内存运行。LoRaWAN的数据速率是0.3kbps至50kbps。

智能街道照明是使用LoRaWAN协议的实际实例,其中路灯与使用LoRaWAN协议的LoRa网关连接。网关再与云应用程序连接,该应用程序完全控制灯泡的亮度,并根据环境中的自然光照进行调节。


六、近场通信(NFC)
近场通信(NFC)是一种简单且安全的协议,可以简化物联网设备之间的双向通信。它主要使用两个环形天线的近场电磁感应。它专为智能手机设计,允许用户进行非接触式支付交易。它还帮助用户访问电子内容并连接电子设备。基本上,它拓展了非接触卡技术的功能,使得物联网设备可以在大约不到4厘米的近距离内分享信息。
NFC协议的数据速率为106kbps至424kbps。由于NFC协议是短距离通信协议,因此功耗更低。它设置时间更少,并不要求设备配对。也是由于短距离通信,因此大大降低了对环境中其他网络的有害干扰的可能性。