常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)通訊協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統的核心組成部分是連接和通信。物聯(lián)網(wǎng)使遠程和分散物體（設備，傳感器節點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)單元，云服務(wù)器）之間的連接和通信成為可能。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的專(zhuān)業(yè)知識對于理解物聯(lián)網(wǎng)系統至關(guān)重要。這些有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)協(xié)議不僅充當通信媒介，還為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )提供增值功能。諸如Zigbee之類(lèi)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)現了無(wú)干擾，低功耗的通信，而像Profinet這樣的開(kāi)源協(xié)議可以促進(jìn)與各種工業(yè)單元和設備的無(wú)縫和快速通信。    相關(guān)文章：《嵌入式硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)設計的幾大挑戰》

本文介紹了8種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，這些協(xié)議已廣泛部署在眾多現有和新興的物聯(lián)網(wǎng)應用中。
 

 

1.藍牙

兼容的藍牙IoT傳感器非常適合需要短距離連接和低功率通信的應用。藍牙協(xié)議的有效范圍為50到100米，支持高達1 Mbps的數據傳輸速率。

最近，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)表現出對基于藍牙智能協(xié)議的低能耗藍牙低功耗（BLE）的傾向。與前一代產(chǎn)品相比，BLE的功耗顯著(zhù)降低，但不適合大型文件傳輸。

2. Zigbee

基于IEEE 802.15.4標準的Zigbee已成為嵌入式應用中使用最廣泛的通信協(xié)議之一。Zigbee用于連接10-100米范圍內的設備，支持高達250 Kbps的數據速率。作為一種低功耗，低數據速率技術(shù)，Zigbee非常適合物聯(lián)網(wǎng)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設備之間的雙向數據傳輸，以及ad hoc無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )。

通過(guò)其網(wǎng)狀拓撲，Zigbee設備可以通過(guò)中間設備在一定距離上傳輸數據。對于在消費和工業(yè)領(lǐng)域需要低成本和低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)應用，Zigbee是一個(gè)很好的選擇。

Zigbee協(xié)議還包括由128位加密密鑰和加密幀定義的安全框架。

3. 6LoWPAN：

6LoWPAN是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀技術(shù)，可使各個(gè)節點(diǎn)支持IP。其目標是克服將所有類(lèi)型的設備連接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和商業(yè)障礙。

6LoWPan規范還定義了通過(guò)IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò )交換IPv6數據包的封裝和報頭壓縮機制。6LoWPan集成了安全模塊和ACL密鑰等安全組件，以及可選的TLS。對于需要低功耗無(wú)線(xiàn)通信的小型設備而言，它是一種可行的選擇。

4. Wi-Fi：

Wi-Fi旨在取代以太網(wǎng)，并通過(guò)IEEE 802.11標準系列提供易于使用的短距離無(wú)線(xiàn)連接和跨廠(chǎng)商互操作性。

Wi-Fi以更快，更大容量的通信而聞名，并且可以使用2.4 GHz和5 GHz頻帶在50 m范圍內進(jìn)行傳輸。由于現有基礎設施的普遍存在，其受歡迎程度不斷提高。
 

 

5.蜂窩：

需要長(cháng)距離連續連接的物聯(lián)網(wǎng)應用可以基于GSM，LTE，EDGE，3G，4G和5G等蜂窩網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行設計。蜂窩網(wǎng)絡(luò )可以與設備通信，最遠距離可達35公里。

蜂窩技術(shù)有利于物聯(lián)網(wǎng)應用，因為它具有以下特點(diǎn)：

通過(guò)像Cat-0和Cat-1等LTE網(wǎng)絡(luò )，物聯(lián)網(wǎng)應用的成本優(yōu)化，增強覆蓋。

通過(guò)TLS / DTLS安全性和LTE網(wǎng)絡(luò )的空中加密實(shí)現端到端安全性。

最低或零監管法規。使用蜂窩網(wǎng)絡(luò )，數據可以高達23 dBm進(jìn)行交換。

6. ModBus

Modbus協(xié)議是一種強大的通信標準，廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化和SCADA系統，以便將儀表，傳感器和執行器的信號發(fā)送回主控制器。Modbus具有廣泛的通信協(xié)議，可在各種物理鏈路上運行。

Modbus是一種基于主從模型的串行通信協(xié)議。

主設備使用功能代碼請求信息，該功能代碼指示需要執行的操作，例如：

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

使用Modbus的主要優(yōu)點(diǎn)是它是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)源協(xié)議。Modbus的開(kāi)發(fā)成本很低，并且需要最少的硬件設計。此外，Modbus還支持與各種設備（來(lái)自不同供應商）和系統的互操作性和兼容性。

7. PROFINET

PROFINET廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化解決方案，用于連接制造環(huán)境中的系統。根據IEC 61158和IEC 61784標準，PROFINET以固定的時(shí)間間隔（1 ms或更短）提供數據，而不會(huì )造成質(zhì)量損失。它還支持現有的IT標準。

PROFINET與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)高度兼容，可輕松與現有工業(yè)系統集成。PROFINET規范使用指定的數據映射系統定義代理（代理地址），以允許協(xié)議與現代IoT協(xié)議進(jìn)行通信。

8. EtherCAT

EtherCAT基于CANopen協(xié)議和以太網(wǎng)，專(zhuān)門(mén)針對工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)行了優(yōu)化。它允許任何標準PC用作EtherCAT主站，并使用任何拓撲與EtherCAT從站通信。它們可以在30微秒內以高達1,000個(gè)I / O點(diǎn)的速率連接工廠(chǎng)車(chē)間的所有設備。

EtherCAT可靠且速度快，因為消息可以在轉發(fā)到下一個(gè)從系統之前借助專(zhuān)用高性能硬件進(jìn)行處理。