IoT 通信协议 － 网络协议
在采取行动并部署物联网解决方案之前，了解每种技术的限制因素至关重要。通信协议是节点之间建立的一组规则，用于以可靠和安全的方式交换信息。
以下是通信协议的一些主要方面：
速度或数据速率：一段时间内要传输的信息量。它通常以 bps（每秒位数）、kbps、Mbps 或 Gbps 表示。
范围： 两个互通节点之间的距离。它主要取决于发射功率、使用的频段和调制类型。它还可能受到气象条件或节点物理位置的影响。在图 1 中，您可以看到数据速率与各种 IoT 网络协议范围的粗略图表。
数据速率与各种物联网网络协议的范围
图 1.各种 IoT 网络协议的数据速率与范围。图片由Embien提供
功耗：节点在其生命周期内工作所需的能量。该参数定义了对电源或电池使用的需求。由于有许多应用使用电池，因此功耗是一个关键参数。这意味着它将影响其他元素，例如传感器的数量或通信功率传输。此外，由于电池的使用寿命有限，功耗会直接影响维护策略。
互操作性：节点之间交换信息的能力，即使它们属于不同类型。
可扩展性：在无需迁移技术的情况下部署更多节点、增加终用户数量以及存储和处理数据量的挑战。
成本：安装和维护特定技术的价格。功耗、维护和可扩展性对网络成本有很大影响。
网络拓扑： 节点相互通信的方式。拓扑可以与传统网络中使用的拓扑相同。星形、网状、点对点和点对多点是拓扑的一些示例，如图 2 所示。
图 2.不同网络拓扑的示例。图片由ITPRC提供
安全性： 保护发送和接收数据的方法。需要保证节点之间传输的通信仅到达预期的节点。物联网技术已经无处不在，它们可以向用户传达敏感信息；因此，需要保护通信免受第三方侵害。
物联网协议基础知识
协议允许节点以结构化的方式在它们之间进行交互。由于物联网设备的需求和用例在过去几年中迅速发展，协议也随之发展。总而言之，主要有两类协议：网络协议和数据协议。此分类来自广泛应用于 IT 通信网络的 OSI（开放系统互连）模型。
下面您可以对主要的物联网网络协议有一个大致的了解。
蓝牙： 该协议工作在 2.4 GHz 频率范围内，可用于短距离（<100 m）应用。低功耗蓝牙 (BLE) 是其进一步发展的一步，它显着降低了该协议所需的功耗。这种类型有利于传输来自传感器或可穿戴设备的少量数据。节点网络布局示例如图 3 所示。
图 3.智能家居中蓝牙 IoT 网络节点的示例。
蜂窝：当前的蜂窝基础设施也可用于扩展物联网节点的通信能力。根据所选频段和特定技术，它可能足以满足低功率应用（例如，2G）以及高数据速率应用（例如，LTE）。此外，还有蜂窝通信的子类型，例如 LTE-M 和 NB-IoT，它们的诞生分别是为了提供更多的数据带宽或更低的功耗。
LoRaWAN：它是一种低功耗广域（LPWA）协议，专为电池供电系统而设计。它在 sub GHz 433/868/915 MHz 和 2.4 GHz 范围内运行。LoRaWAN网络通常遵循星形拓扑，其中的元素是：终端节点、网关和一组服务器。 OSI 参考模型如图 4 所示。
图 4.LoRa和 LoRaWan 的 OSI 参考模型。
近场通信（NFC）： NFC工作在13.56 MHz频段，范围为几厘米。这种类型的通信用于扩展近距离接触通信。在 NFC 中，有一个有源节点（例如智能手机）生成为标签供电的射频场。它工作在13.56 MHz频段，范围为几厘米。
Sigfox： Sigfox 使用基于技术的超窄带 (UNB)，它在ISM 频段工作，需要专用的基础设施。这意味着它可以在范围内使用，但需要本地运营商。
Wi-Fi：Wi-Fi 连接 的工作频率为 2.4 GHz 和 5 GHz，因其普遍性和高数据速率而被广泛选择。它的主要缺点是功耗高，因此在电池供电的应用中不经常使用。
Wi-Sun： Wi-Sun 是由 Wi-Sun 联盟创建的场域网络 (FAN) 协议，旨在实现低功耗和低延迟。它通过网状拓扑在 sub GHz 频段以及 2.4 GHz 频段运行。
ZigBee： 该通信协议工作在 2.4 GHz 频段，适用于受限区域的短距离（<100 m）。ZigBee专为传输少量信息而设计，即需要真正低延迟的情况，并广泛应用于工业和消费者应用中。 ZigBee RF4CE 旨在取代红外遥控器（例如电视和 DVD 系统），并消除遥控器和设备之间的视线需求。
Z-wave：适用于家庭自动化应用（图 5），工作在 ISM 频段，速率高达 100 Kbps。其应用程序遵循网状网络拓扑，多执行 4 个希望。
Z-Wave IoT 网络在家庭中的示例应用。
图 5. Z-Wave IoT 网络家庭应用示例。图片由Qubino提供
