12个最常用的 IoT 协议和标准

物联网
技术人员在构建网络以服务其物联网生态系统时可以从多种通信协议中进行选择。最常见的包括以下内容。

并非每种物联网通信协议都适合每种部署或设备。在选择一种协议而不是另一种协议之前,请考虑功率和安全性要求。

互联事物的数量和范围正在迅速扩大,2020 年物联网连接数量首次超过非物联网在线连接数量。

根据市场研究公司 IoT Analytics 的数据,2020 年物联网连接数为 117 亿,而非物联网连接(例如智能手机和计算机)为 100 亿。研究人员估计,到 2025 年,物联网连接数量将增至 309 亿。

物联网协议(包括 5G 和低功耗广域网)的可用性和扩展在很大程度上推动和支持了这一增长。

为什么物联网协议很重要?

物联网的好处和价值来自于使组件能够进行通信;这种通信能力使数据从端点设备通过物联网管道移动到中央服务器。

这种通信通过物联网协议进行,确保连接环境中的下一步和后续步骤接收并理解从端点设备(例如传感器)发送的数据,无论该数据的下一步是发送到另一个端点设备还是网关或一个应用程序。

简而言之,物联网协议对于物联网的存在与事物本身一样重要。

尽管协议作为一个集体对于物联网的运行至关重要,但协议并非都是平等的。Gartner 分析师兼高级研究总监 Bill Ray 表示,并非所有协议在所有情况下都能发挥作用或发挥良好作用。

Ray 指出,一些协议非常适合建筑物中的物联网使用,一些协议非常适合建筑物之间的物联网部署,而另一些协议则非常适合国家或全球物联网用例。

物联网中有多少种协议?

有多种物联网协议可用,每一种协议都提供某些功能或功能组合,使其比特定物联网部署的其他选项更可取。

每个物联网协议都支持设备到设备、设备到网关或设备到云/数据中心通信,或这些通信的组合。

地理位置和特殊位置、功耗需求、电池供电选项、物理障碍的存在和成本等因素决定了物联网部署中哪种协议是最佳的。

物联网架构有哪些不同层?

网络系统是作为技术堆栈构建的;这些经常在参考模型(一种框架)中可视化,技术人员用它来概念化数据如何在整个堆栈上进行通信。

最著名的是开放系统互连(OSI)模型,它列出了七层。从下到上,各层如下:

  • 物理层
  • 数据链接
  • 网络层
  • 传输层
  • 会话层
  • 推介会
  • 应用层

物联网也以多层模型的形式表达。尽管有些使用 OSI 七层模型,但其他使用的模型包括以下内容:

  • 三层模型:感知、网络、应用
  • 四层模型:感知、支撑、网络、应用
  • 五层模型:感知、传输、处理、应用和业务,或者物理层、数据链路、网络、传输和应用

使用的互联网协议通常因层而异。因此,物联网生态系统可以有多种协议,不同的协议可以在不同的层进行通信,一些协议可以跨层桥接,信息技术研究集团基础设施首席研究顾问 Scott Young 表示。

例如,蓝牙和无线支持最底层的通信,而数据分发服务(DDS)和MQTT则工作在应用层。

最常见的协议

技术人员在构建网络以服务其物联网生态系统时可以从多种通信协议中进行选择。最常见的包括以下内容。

1.AMQP

AMQP 是高级消息队列协议的缩写,是一种开放标准协议,用于更多面向消息的中间件。因此,无论使用什么消息代理或平台,它都可以实现系统之间的消息传递互操作性。即使在远距离或网络状况不佳的情况下,它也能提供安全性、互操作性以及可靠性。即使系统不同时可用,它也支持通信。

2. 蓝牙和BLE

蓝牙是一种短距离无线技术,使用短波长、超高频无线电波。它最常用于音频流,但它也已成为无线和连接设备的重要推动者。因此,这种低功耗、低范围的连接选项是个人局域网和物联网部署的首选。

另一种选择是低功耗蓝牙,称为蓝牙 LE 或 BLE,这是针对物联网连接优化的新版本。顾名思义,BLE 的功耗比标准蓝牙低,这使得它在许多用例中特别有吸引力,例如消费者方面的健康和健身追踪器以及智能家居设备以及商业方面的店内导航。

3. 蜂窝网络

蜂窝网络是物联网应用中最广泛使用和众所周知的选项之一,也是通信距离较长的部署的最佳选项之一。尽管 2G 和 3G 传统蜂窝标准现已逐步淘汰,但电信公司正在迅速扩大更新的高速标准(即 4G/LTE 和 5G)的覆盖范围。蜂窝提供高带宽和可靠的通信。它能够发送大量数据,这对于许多物联网部署来说是一项重要功能。然而,这些功能是有代价的:比其他选项更高的成本和功耗。

4. 合作协议

互联网工程任务组受限 RESTful 环境工作组于 2013 年推出了 CoAP(受限应用协议),旨在与基于 HTTP 的物联网系统配合使用。CoAP 依靠用户数据报协议来建立安全通信并实现多点之间的数据传输。CoAP通常用于机器对机器 ( M2M ) 应用,即使存在低带宽、低可用性和/或低能耗设备,CoAP 也能让受限设备加入 IoT 环境。

5.DDS

对象管理组 (OMG) 为实时系统开发了数据分发服务。OMG 将 DDS 描述为“一种用于以数据为中心的连接的中间件协议和 API 标准”,并解释说“它将系统的组件集成在一起,提供低延迟的数据连接、极高的可靠性和可扩展的架构,可满足业务和任务关键型物联网的需求。应用程序需要。” 该 M2M 标准使用发布-订阅模式实现高性能和高度可扩展的实时数据交换。

6. LoRa 和 LoRaWAN

LoRa 代表远程,是一种非蜂窝无线技术,正如其名称所描述的,提供远程通信功能。它具有低功耗和安全数据传输功能,适用于 M2M 应用和物联网部署。它是一项专有技术,现已成为 Semtech 射频平台的一部分。Semtech 是 LoRa 联盟的创始成员,该联盟现在是 LoRa 技术的管理机构。LoRa 联盟还设计并现在维护 LoRaWAN,这是一种基于云的开放协议,使物联网设备能够与 LoRa 进行通信。

7.LWM2M

OMA SpecWorks 将其轻量级 M2M (LWM2M) 描述为“专为传感器网络和 M2M 环境需求而设计的设备管理协议”。该通信协议专为物联网环境和其他 M2M 应用中的远程设备管理和遥测而设计;因此,对于处理和存储能力有限的低功耗设备来说,它是一个不错的选择。

8. MQTT

开发于 1999 年,最初称为消息队列遥测传输,现在简称为 MQTT。该协议中不再有任何消息队列。MQTT 使用发布-订阅架构来实现 M2M 通信。其简单的消息传递协议适用于受限设备,并支持多个设备之间的通信。它设计用于低带宽情况,例如不可靠网络上的传感器和移动设备。该功能使其成为连接具有较小代码占用空间的设备以及由于带宽限制或不可靠连接而导致不同程度的延迟的无线网络的普遍首选选择。MQTT 最初是一种专有协议,现在是连接物联网和工业物联网设备的领先开源协议。

9. 无线网络

鉴于 Wi-Fi 在家庭、商业和工业建筑中的普遍存在,它是一种常用的物联网协议。它提供快速的数据传输并能够处理大量数据。Wi-Fi 特别适合中短距离的 LAN 环境。此外,Wi-Fi 的多种标准(家庭和某些企业中最常见的是 802.11n)为技术人员提供了部署选择。然而,许多 Wi-Fi 标准(包括家庭常用的标准)对于某些物联网用例(尤其是低功耗/电池供电设备)而言过于耗电。这限制了 Wi-Fi 作为某些部署的选项。此外,Wi-Fi 的低范围和低可扩展性也限制了其在许多物联网部署中使用的可行性。

10.XMPP

追溯到 2000 年代初,当时 Jabber 开源社区首次设计了用于实时人与人通信的可扩展消息传递和状态协议,XMPP 现在用于轻量级中间件中的 M2M 通信以及路由 XML 数据。XMPP 支持网络上多个实体之间结构化但可扩展的数据的实时交换,最常用于面向消费者的物联网部署,例如智能设备。它是 XMPP 标准基金会支持的开源协议。

11. Zigbee

Zigbee 是一种网状网络协议,专为建筑和家庭自动化应用而设计,是物联网环境中最流行的网状协议之一。Zigbee 是一种短距离、低功耗协议,可用于扩展多个设备之间的通信。它的范围比 BLE 更长,但数据速率比 BLE 低。它由 Zigbee 联盟监管,提供灵活的自组织网格、超低功耗和应用程序库。

12. Z-Wave

另一个专有选项 Z-Wave 是一种基于低功耗射频技术的无线网状网络通信协议。与蓝牙和 Wi-Fi 一样,Z-Wave 允许智能设备进行加密通信,从而为物联网部署提供一定程度的安全性。它通常用于家庭自动化产品和安全系统,以及商业应用,例如能源管理技术。它在美国以 908.42 MHz 无线电频率运行;不过,其频率因国家而异。Z-Wave 得到 Z-Wave 联盟的支持,该联盟是一个致力于扩展使用 Z-Wave 的设备的技术和互操作性的成员联盟。

如何选择正确的物联网协议

没有一种物联网通信协议是最好的,也没有一种协议适合每种部署。

相反,企业技术专家必须根据其计划的物联网部署的独特情况来确定哪种协议最适合其组织,咨询公司甫瀚咨询新兴技术集团董事总经理兼全球领导者 Scott Laliberte 表示。这些决定应权衡一系列因素,从连接设备的电力需求和这些设备的位置,到部署所在的地理规模和功能,再到部署的安全要求。

责任编辑:赵宁宁 来源: 计算机程序吧
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