适用于IoT项目的8种传感器协议

作者：Sreedevi Vamanan

物联网生态系统的核心组件是连接性，或者特别是通信。物联网使远程和分散实体（设备、传感器节点、网关单元、云服务器）之间的连接和通信成为可能。

由于物联网及其连接远程设备和事物的能力，我们现在拥有：

用于关键工业资产预测性维护和管理的高效系统
无线 （OTA） 固件升级，用于远程设备管理
基于物联网的远程信息处理平台，用于智能车队管理和资产跟踪

物联网通信协议方面的专业知识对于理解物联网系统至关重要。这些有线或无线协议不仅可以作为通信媒介，还可以为物联网网络提供增值功能。Zigbee等物联网协议可实现无干扰、低功耗通信，而Profinet等开源协议则有助于与各种工业单元和设备进行无缝、快速的通信。

本博客介绍了 8 种 IoT 通信协议，这些协议已广泛部署在众多现有和新兴的 IoT 应用程序中。

1. 蓝牙

蓝牙兼容物联网传感器非常适合需要短距离连接和低功耗通信的应用。蓝牙协议的有效范围为 50 至 100 m，支持高达 1 Mbps 的数据传输速率。

最近，物联网开发人员已经表现出对基于蓝牙智能协议的低功耗蓝牙低功耗（BLE）版本的倾向。与其前身相比，BLE的功耗显着降低，但被认为不适合大文件传输。

2. 基于IEEE 802.15.4标准的

Zigbee已成为嵌入式应用中使用最广泛的通信协议之一。Zigbee用于连接10-100 m范围内的设备，并支持高达250 Kbps的数据速率。作为一种低功耗、低数据速率技术，Zigbee 非常适合物联网传感器和物联网网关设备之间的双向数据传输，以及点对点无线网状网络。

通过其网状拓扑结构，Zigbee设备可以通过中间设备远距离传输数据。对于消费电子和工业领域需要低成本和低功耗传感器网络的物联网应用，Zigbee是一个绝佳的选择。

Zigbee协议还包括由128位加密密钥和密码帧定义的安全框架。

3. 6网络电话：

6网络电话是一种简单的无线网状网络技术，使各个节点都支持IP。其目标是克服将所有类型的设备连接到互联网的技术和商业障碍。

6LoWPan 规范还定义了封装和标头压缩机制，以通过 IEEE 802.15.4 网络交换 IPv6 数据包。6LoWPan 集成了安全模式和 ACL 密钥等安全组件，以及可选的 TLS。对于需要低功耗无线通信的小型设备，它是一个可行的选择。

4. Wi-Fi：

Wi-Fi旨在取代以太网，并通过IEEE 802.11系列标准提供易于使用的短程无线连接和跨供应商互操作性。

Wi-Fi以更快，更大容量的通信而闻名，并且可以使用2.4 GHz和5 GHz频段在50 m的范围内进行传输。由于现有基础设施的无处不在，它的受欢迎程度继续增长。

5. 蜂窝：

需要长距离连续连接的物联网应用可以基于蜂窝网络进行设计，如GSM、LTE、EDGE、3G、4G和5G。蜂窝网络可以与设备通信长达 35 公里。

蜂窝技术对物联网应用有益，因为具有以下特点：

• 通过 Cat-0 和 Cat-1 等 LTE 网络为物联网应用提供成本优化、增强的覆盖范围。
• 通过 TLS/DTLS 安全性和 LTE 网络的无线加密实现端到端安全性。
• 最低限度或零监管规定。使用蜂窝网络，可以以高达23 dBm的速度交换数据。

6. ModBus

Modbus 协议是一种强大的通信标准，广泛用于工业自动化和 SCADA 系统，用于将信号从仪器仪表、传感器和执行器发送回主控制器。Modbus具有广泛的通信协议，可通过各种物理链路（如RS-485）进行操作。

Modbus是一种基于主从模型的串行通信协议。

莫德布斯架构。

主服务器使用函数代码请求信息，该代码指示需要执行的操作，例如：

read a discrete input; read a first in， first out queue

使用Modbus的主要优点是它是一个简单的开源协议。Modbus的开发成本很低，需要最少的硬件设计。此外，Modbus支持与一系列设备（来自不同供应商）和系统的互操作性和兼容性。

7.

广泛用于工业自动化解决方案，用于连接制造环境中的系统。根据 IEC 61158 和 IEC 61784 标准，PROFINET 以固定的时间间隔（1 ms 或更短时间）提供数据，而不会造成质量损失。它还支持现有的 IT 标准。

PROFINET与现场总线技术高度兼容，可轻松与现有工业系统集成。PROFINET规范定义了具有指定数据映射系统的代理（代理地址），以允许协议与现代物联网协议进行通信。

8. 乙醚猫

以太网 CAT 基于 CA 诺彭协议和以太网，专门针对工业自动化进行了优化。它允许任何标准 PC 用作以太网猫主站，并使用任何拓扑与以太网猫从站进行通信。它们一起可用于在 30 微秒内以高达 1，000 个 I/O 点的速率连接工厂车间的所有设备。

EtherCAT是可靠的，并提供快速的吞吐量，因为消息在转发到下一个从属系统之前，在专用高性能硬件的帮助下进行处理。