IoT无线连接基础知识

选择正确的IoT无线网络解决方案

物联网应用程序有几种不同的无线连接解决方案。考虑到广泛的用例，选择正确的无线连接解决方??案来满足给定的IoT应用程序的要求可能非常具有挑战性。

选择连接解决方??案时，应考虑各种因素，例如范围，数据速率，安全性，功耗和可扩展性。

网络拓扑- 传感器，执行器和网关节点如何布置或相互连接 - 是可能影响网络性能的另一个重要因素。

物联网无线网络的两个基本体系结构是Star和网状连接。

星形拓扑优点和缺点


图1。 起始地形的表示。图像用德克萨斯乐器提供星网络由所有其他节点连接到的中心枢纽组成。节点通过中央枢纽相互通信，在大多数情况下，这也是通往互联网的门户。

家用Wi-Fi网络是熟悉的星形拓扑结构，电话，平板电脑和打印机都连接到中央集线器（无线接入点）。该中心枢纽既是本地网络中的路由器，又是通往互联网的门户。

由于集线器负责沿星际网络分配数据包，因此可以通过单个“ HOP”（节点和集线器之间的数据传输）或两个“ hops”（通过集线器之间的两个节点之间的数据传输）到达其目的地。此功能导致具有一致且可预测的性能的快速网络。

另一个优点是，基于星形拓扑的IoT网络可以轻松识别和隔离一个故障的节点，因为每个节点都与集线器具有独立的连接。

但是，随着数据包必须通过中央节点，网络具有单点故障。如果中央节点失败，则整个网络将不复存在。

无线恒星连接的另一个主要局限性是所有节点都应在中央节点的直接无线电范围内。这限制了网络的物理大小。

此外，星际网络没有灵活的绕RF障碍物或具有较高RF干扰的环境路线。

网格网络不是这种情况，这通常会在每两个节点之间结合多个路由路径，因为我们将在短时间内讨论。网格网络具有更灵活的布局，并且更有可能能够围绕RF障碍物路由。

网格网络：完整和部分网格拓扑

在网络网络中，一个节点可以直接与其他多个节点进行通信。

网格网络有两种类型：完整网格和部分网格。

在完整的网格拓扑结构中，每个节点都可以直接与网络中的所有其他节点进行通信。

在图2所示的部分网络网络中，每个节点可以直接连接到网络中的一个或几个节点，但不一定是网络中的其他每个节点。

 
图2。 部分网络网格的表示。图像用德克萨斯乐器提供物联网应用程序通常使用部分网格拓扑来扩展网络范围，如下所述。

在网络网络中，节点可以充当中继器，通过网络将数据路由。结果，每两个节点之间有几个不同的路径。这种冗余可以提高网络的弹性；如果一个路径失败，则可以使用替代路径通过网络传播数据。

由于节点能够充当中继器，因此不在彼此直接无线电范围内的节点仍然可以通过路由器节点进行通信。这是物联网应用程序中网格网络的主要优点，因为它允许用户将网络的范围扩展到单个无线电的范围之外。

不利的一面是，通信的多跳跃性质可以增加在整个网络中传播数据包的延迟。

跃点计数，因此，网络延迟是数据数据包通过的路由器数量的函数。这使得评估网络性能比简单结构（例如上面讨论的星形拓扑结构）更为复杂。

在这种情况下，人们可能会使用服务质量（QoS）度量：在指定时间持续时间内到达终目的地的传输数据包的比率（例如300ms）。

网格网络的路由节点应实现一些路由算法，以有效地将数据包运送到目的地。为了实现这些路由功能，路由节点应具有更多的处理能力和内存，这增加了这些节点的复杂性和成本。

星，树和网格拓扑的Zigbee协议

Zigbee是一个开放的标准，旨在满足低成本，低功率无线物联网网络的需求。

Zigbee基于IEEE 802.15.4链路层，并以无执照的频段运行，包括2.4 GHz，900 MHz和868 MHz。 Zigbee支持星，树和网格拓扑。

典型的Zigbee网络网络如图3所示。


图3。 Zigbee网络网络的一个示例。图片用SM歌曲WJ Yao 提供Zigbee网络网络中的收音机扮演着不同的角色。节点可以是协调器，路由器或终点设备。协调器设置了网络，并允许路由器和结束设备加入网络。除了创建网络外，协调员还负责管理网络的安全性。

路由器节点总是在听路由通过网络收到的信息。这些节点通常是主电源的。