常見的物聯網硬件開發技術通訊協議

物聯網生態系統的核心組成部分是連接和通信。物聯網使遠程和分散物體（設備，傳感器節點，網關單元，云服務器）之間的連接和通信成為可能。

物聯網通信協議的專業知識對于理解物聯網系統至關重要。這些有線或無線協議不僅充當通信媒介，還為物聯網網絡提供增值功能。諸如Zigbee之類的物聯網協議實現了無干擾，低功耗的通信，而像Profinet這樣的開源協議可以促進與各種工業單元和設備的無縫和快速通信。    相關文章：《嵌入式硬件開發技術設計的幾大挑戰》

本文介紹了8種物聯網通信協議，這些協議已廣泛部署在眾多現有和新興的物聯網應用中。
 

 

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，物聯網開發人員已經表現出對基于藍牙智能協議的低能耗藍牙低功耗（BLE）的傾向。與前一代產品相比，BLE的功耗顯著降低，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，Zigbee非常適合物聯網傳感器和物聯網網關設備之間的雙向數據傳輸，以及ad hoc無線網狀網絡。

通過其網狀拓撲，Zigbee設備可以通過中間設備在一定距離上傳輸數據。對于在消費和工業領域需要低成本和低功耗傳感器網絡的物聯網應用，Zigbee是一個很好的選擇。

Zigbee協議還包括由128位加密密鑰和加密幀定義的安全框架。

3. 6LoWPAN：

6LoWPAN是一種簡單的無線網狀技術，可使各個節點支持IP。其目標是克服將所有類型的設備連接到互聯網的技術和商業障礙。

6LoWPan規范還定義了通過IEEE 802.15.4網絡交換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。對于需要低功耗無線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，并通過IEEE 802.11標準系列提供易于使用的短距離無線連接和跨廠商互操作性。

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：

需要長距離連續連接的物聯網應用可以基于GSM，LTE，EDGE，3G，4G和5G等蜂窩網絡進行設計。蜂窩網絡可以與設備通信，最遠距離可達35公里。

蜂窩技術有利于物聯網應用，因為它具有以下特點：

通過像Cat-0和Cat-1等LTE網絡，物聯網應用的成本優化，增強覆蓋。

通過TLS / DTLS安全性和LTE網絡的空中加密實現端到端安全性。

最低或零監管法規。使用蜂窩網絡，數據可以高達23 dBm進行交換。

6. ModBus

Modbus協議是一種強大的通信標準，廣泛應用于工業自動化和SCADA系統，以便將儀表，傳感器和執行器的信號發送回主控制器。Modbus具有廣泛的通信協議，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的主要優點是它是一個簡單的開源協議。Modbus的開發成本很低，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廣泛用于工業自動化解決方案，用于連接制造環境中的系統。根據IEC 61158和IEC 61784標準，PROFINET以固定的時間間隔（1 ms或更短）提供數據，而不會造成質量損失。它還支持現有的IT標準。

PROFINET與現場總線技術高度兼容，可輕松與現有工業系統集成。PROFINET規范使用指定的數據映射系統定義代理（代理地址），以允許協議與現代IoT協議進行通信。

8. EtherCAT

EtherCAT基于CANopen協議和以太網，專門針對工業自動化進行了優化。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I / O點的速率連接工廠車間的所有設備。

EtherCAT可靠且速度快，因為消息可以在轉發到下一個從系統之前借助專用高性能硬件進行處理。