随着有形网络技术的发展和传播,越来越多的智能设备配备了网络连通和数据传输能力。

有形网络场景的复杂性和多样性、设备末端硬件条件的多元性、网络稳定性、交通限制、设备利用和设备连接以及设备连接的数量,导致传统互联网场景网络设备信息传输的巨大差异,导致多材料网络通信协议的制定。

本条将选择一些主流材料联网协定,并从技术素质、应用设想、比较优势和市场状况等方面介绍这些协定,以启发从业人员,帮助他们在实际项目中选择适当的材料联网协定。

协议分类

我们在介绍前对协议进行了基本分类,以帮助读者了解协议的适用性。

从功能角度

我们可以将其分为两个职能类别:物理层/数据链层议定书和应用层议定书。

物理/数据链接层协议通常负责网络和设备之间的通信。例如,电信包括2G/3G/4G/5G、NB-IOT、WiFi、Zigbee和Lora。RFID、NFC、蓝牙无线和RS232、USB只是几个例子。

应用级协议大多是使用常规因特网TCP/IP协议的设备通信协议。这种形式的协议是利用互联网达成的。该项目的目标是促进云系统的数据传输和通信。HTTP、MQTT、COAP、LwM2M和XMP是共同协议。

从应用角度

根据在物理网络系统中的应用,议定书可分为两类:云规程和网关规程。

云协议以TCP/IPs为基础,传感器、控制装置等网络的数据经常需要云的传输,以便通过云层和与商业系统的整合将用户连接起来。

支持TCP/IP的物体联网装置可以通过WIFI、蜂窝网络和以太网与云连接,利用应用级别协议,如HTTP、MQTT、COAP、LwM2M和XMPP。

网关协议适用于无法直接遮盖的短距离通信,如蓝牙、齐格贝、洛拉等。 这些设备需要连接到网关转换器,并在TCP/IP协议上覆盖。

ZigBee

Zigbee是一个网络无线协议,专门用于建筑和家庭自动化应用,是有形网络环境中使用最多的网格协议之一,现在主要用于局域网内部的连接和获取各种设备作为设备网关。

协议特性

• 低耗能:发射动力仅为1毫瓦,在低电备用模式下,2个5号干电池组可使用两年,无需改变电池组。
• 低成本:由于协议是基本和紧凑的,协议大大降低了通信管理要求,降低了硬件费用,同时也免除了协议的专利费。
• Zig Bee以20-250kbps的低速运作。原始数据抛移速度为250千兆赫(每个2千兆赫)、4千兆赫、40千兆赫(915兆赫)和20千兆赫(868兆赫),符合应用程序对低速数据传输的要求。
• 近距离:附近的节点传输在10米至100米之间,基本上覆盖普通的家庭和办公室环境;增强的发射动力可扩大到1至3公里,通过连接线路和节点通信,可进一步缩短传输距离。
• 低延迟时间:Zigbee反应速度更快,通常在15毫秒内从睡眠转向工作状态,30毫秒内与网络连接节点,从而节省更多电力,相比之下,蓝牙需要3-10秒,无线网络需要3秒。
• 高度能力:Zigbee可以使用星号、碎片或网格网络结构,有一个主节点控制多个分点,最多有一个主节点管理254个分节点,而主要节点也可以由一个顶级网络节点处理,形成一个多达65 00个节点的庞大网络。
• 强有力的安全性:Zigbee拥有CRC数据包的完整性检查功能,能够进行法医和认证,使用AES-128加密技术,并允许灵活定制其用于任何应用的安全性能。
• 特许频率:2.4GHz(全球)、915MHz(北美洲)和868MHz(欧洲)用于工业科学医学。

市场状况

Zigbee技术具有诸如低电耗、大节点能力、最短的延迟时间、安全和可靠性等重要特征,它满足了智能家庭应用程序的需求,是智能家庭核心无线网络的连接技术。

由于中国智能国内市场迅速扩张,使用Zigbee技术的智能家用设备数量正在增加,Zigbee技术传播的速度也在增加。

与无线局域网技术系统WiFi和蓝牙相比,Zigbee技术在电力消耗、节点能力、自组装网络能力和安全方面有很大的优势,使用量也在增加。

NB-IoT

3GPP标准化组织创建了NB-IOT,这是一种新的蜂窝技术。这是一个低功率广域网(LPWA)链接。大部分用于利用有限的带宽资源连接终端。终端站点能够以少于GRPS、3G和LTE等方法的资源收集和分享数据。

2017-2018年,NB-IOT快速增长,全世界大量运营商实现了商业部署。 廉价成本、低电和NB-IOT覆盖面广使得客户能够完成标准蜂窝网络无法提供的新情景。

3GP于2020年7月9日宣布5G R16标准冻结,NB-IOT正式将5G标准纳入5G MMTC海洋质量网络连通性设想方案的核心技术。

协议特性

• 现在有一种低功率的“睡眠”模式(PSM, eDRX)。
• 通信质量要求减少,管道末端设计简化(半人模式、协议仓储简化等)。
• 利用两种功能优化模型(CP模型和UP模型)简化了流程,减少了终端和网络的相互作用。
• 超高卡布景,比GPRS改善20德比20德,是GPRS的覆盖率的三倍。

市场状况

当前，10亿级的连接年龄是NB-IOT的在商业NB-Iot 5G网络由全世界运营商全面覆盖之后,该网络已经能够组成一个在线用户全球网络。智能家庭、智能农业、工业生产、能源仪表、火灾烟雾、物流监测和财政付款都将受益于NB-IOT。

例如,中国电信网络开放平台在中国建立了中央接入NB-IOT和其他网络网络网络设备,并向政府和公司客户提供服务,管理电信网络设备、数据接口和推进应用。

EMQ从一开始就与平台合作。该平台的NB-IOT设备接入和电文传输线路能力正在与天空翼联盟合作开发。它还允许使用诸如电信TLINK、MQTT等设备。该平台的总体结构旨在拥有百分之百的接入能力。更多信息:NB-Iot爆发期EMQ赋能企业带来了数十亿品格连接的新时代。

LoRa

Lora是低容量、长程无线广域网的标准协议,其名称取自 " 长程 " 一词。

Lora不同于其他无线传输协议,如Zigbee、蓝牙和WIFI,因为它距离电力流通更远,实现了低功率和长途统一,并且在同一能力上扩大了无线电频率通信的3至5倍的典型距离。

Lora在物体联网应用中采用若干无线技术,这些应用可以创建局域网或广域网,Lora网络主要由终端(可并入Lora模块)、网关(或基地站)、服务器和云组件组成。

Lorawan的数据传输率介于0.3至37.5千位/秒之间。延长终端设备电池的寿命和总体网络能力,Lorawan网络服务器采用速度适应算法(ADR,ADR,ADR),对每个终端设备的数据传输速度和无线电频率输出功率进行调节。

协议特性

• 覆盖面:洛拉单一网关的覆盖间距往往为3-5公里,大面积超过15公里。
• 低耗电量:完全充电的电池发电系统能提供数年甚至数十年的电点。
• 大型能力:利用终端断开情况的特殊性,可以确保进入大量终端。
• 低成本:通信网络费用极低,因为数据是通过窄带传送的。
• AES128加密得到利用,安全因素很强。

市场状况

Lora适应性极强,可用于智能农业、智能城市、工业商品网络、智能环境、智能住宅和建筑、智能公用事业和计量学以及智能供应链和物流中的农村或内陆应用。

由于Lora的渗透力极高,与NB-IOT和操作者SIM卡相比,Lora的网络能够以较低的成本获取更广泛的设备,后者不需要每年更换贺卡或捐款,而且长期费用较低。

MQTT

MQTT协议是一种基于分配/订阅模式的网络通信协议,由于网络协议墙的容易和可实现的性质,它能占到网络协议墙的一半,从而能够进行质量统计、报告等等。

MQTT协议在有形网络、移动互联网、智能硬件、汽车连接、电力和能源等领域得到广泛利用,它可以作为设备方面通信的门户以及设备包装通信协议。

大多数网关协议,包括Zigbee和Lora协议,最终被转至MQTT,以获取云。

协议特性

• MQTT报告规模小,能够稳定地传输到极为有限的硬件设备以及低带宽和高潜伏网络。
• 分发/订阅模式:根据分发/订阅模式,订阅者解释订阅者:订阅者不需要与发行者建立直接连接,订阅者也不需要同时在线。
• 目标网络生成:提供目标网络的全面应用,例如心跳机制、验证信息、质素质量水平、离线信息、主题事项和安全管理。
• 更有利于环境:一个全语言平台客户和SDK,以及既有的Broker服务端软件,可以支持大型专题、数万级设备接入以及全面商业互动能力。

通信模式

MQTT 通信使用订阅模式。分配模式不同于标准客户端服务器模式。它区分发件人的客户(签发人)和接收人(订户)。出版商不必与订阅者建立直接联系。我们都可以从若干出版物上向订阅者发出信息。此外,它也使若干订户能够同时接收同一出版商发来的信息。

市场状况

MQTT是IOT领域最重要的标准协议之一,广泛用于有形网络、车辆网络、工业网络、智能家庭、智能城市、电力、石油能源等行业。

MQTT是工业互联网、汽车联网、智能之家和众多网关协议等部门的理想协议,也是亚马逊热心云、Azure Iot 枢纽和Ali Clouds网络平台等云层网络平台的标准通信协议。

EMQX是MQTT的知名经纪人。提供了「随处运行，无限连接，此外,还开发了铀网站,这是一个有网络连接的云传播平台,为在线访问其任何组成部分提供了一个平台。一个复杂的 IOT 规则引擎和一个综合分发 MQTT 信息服务,促进实时数据传输、处理和整合,以建立高可靠性、高性能目标网络,信息技术平台和应用程序使各组织能够迅速建立关键的业务流程。

CoAP

在目标联网领域,委员会是一种HTTP,详见关于资源有限的物体联网装置的RFC 7252号文件。

因为大多数的装置 资源有限,CPU、记忆、闪光、互联网带宽等等。对于这类设备来说，期望直接从现有网络上分享关于使用TCP和HTTP的设备的信息是不切实际的。若要能够适当连接到网络,需要进一步了解如何操作这一设备。创建了共同行动计划议定书。

协议特性

共同采购方案以几个HTTP设计概念为基础,同时改进了许多设计要素,并为资源有限的设备的特点增添了许多实际特点。

• 基于消息模型
• 为了容纳有限的装置,使用了基于联合民主党协议的转让层。
• 使用类似于HTTP请求中使用的请求/反应模型。 HTTP是一种文本格式,但 CoAP是一种二进制格式,比 HTTP 更昂贵的资源。
• 支持双向通信
• 轻量、低功耗
• 支持可靠的传输、数据再传输、区块传输和数据存取可靠性。
• 支持 IP 多播
• 支持观察模式
• 支持异步通信

市场状况

计算机会计咨询公司的费用和轻于MQTT,更适合某些类型的装置和网络条件。

EMQX和某些公共云联网解决方案使共同行动委员会能够进入。

LwM2M

LwM2M是用于最终设备管理的低级网络协议,资源很少。

LwM2M协议于2013年底诞生,由OMA提出和定义,目前成熟版本号为1.0,但OMA的专家在1.1版上辛勤工作。

协议特性

LwM2M协议最重要的组成部分是LwM2M服务器和LwM2M客户端。

• LwM2M服务器是M2M服务提供商或网络服务提供商使用的服务器。
• LwM2M 客户端是安装在各种 LwM2M 设备上的客户端。

此外,可视需要安装LwM2M指导服务器(Bootsstrap服务器)或智能卡(SmartCard),以完成客户的第一个方向。

以下是LwM2M协议的主要特点:

• REST建筑是协议的核心。
• 协议的信息是通过联合呼吁程序协议传达的。
• 协议确立了一个小型、高效和可扩展的数据模型。

LwM2M协议利用了RET,它随着时间的演变而演变,以达到清晰和可理解的设计。

尽管如此,协议的服务提供商是限量终端设备,典型的HTTP数据传输方法似乎过于复杂,无法容纳有限的再接触,因此选择了具有REST风格的CAP来完成电文和数据传输。

一方面,联合呼吁程序以联合民主党为基础;另一方面,联合呼吁程序以TCP为基础。与 TCP 相比，在网络资源有限且无法确保设备仍然在线(出于安全原因)的情况下,还有许多工作要做。采用了基于联合民主党的DTLS安全传输协议。另一方面,共同行动计划有一个相对基本的信息结构。报文压缩，主要组成部分可能特别小。无需占用过多资源。

出于类似的考虑，协议的数据结构必须足够基本。《LwM2M协议》确立了一种模式,在这种模式中,资源是基本单位。每个资源都可指定一个数字。可以指向地址，代表 LwM2M 客户端上可访问的所有信息就物品而言,资源是可获得的(目标保险)。是对象的可执行版本 (Object)。

LwM2M 指定了以下八个对象(目标)以满足基本需要:

考虑到扩展性，该协定还允许根据实际需要设定额外目标。在这类数据模型中,数字可比的ID用于代表资源、物体和物体样品。为了尽可能的压缩因此,任何资源都可以直截了当地描述,最多有三个层次。例如, 1/0/1 表示服务器对象( ServerObject) 首例中的服务器短身份资源( ServerObject) 。

在登记阶段,LwM2M客户端向LwM2M服务器发送附有资源说明的物体样本,以便告知服务器其设备的能力。

在EMQX服务器上,EMQ还实现了LwM2M访问。LwM2M协议的大部分功能已经实现。在EMQX-LWM2M上,可登记LwM2M设备。因此,使用EMQX-LWM2M,您可以访问和管理设备。该设备还可以将数据发送到 EMQX-LWM2M 。为收集数据,使用EMQ 后端服务。

XMPP

XMPP可扩展的电文处理网站协议基于XML即时通信协议,该协议将通信中的信息嵌入XML结构数据,允许人、应用系统、人和应用系统之间的即时通信。

协议特性

• 所有XMP信息均以XML为基础,信息传输基于相当广泛的事实标准。
• XMPP系统是分散的,每个服务器负责自己的资源。
• XMP 协议是开源协议, 使用 XML 描述客户端与服务器的界面 。

市场状况

协议的到期期限和延期协议界定了XMP。功能完善，主要针对即时信息(IM)情况。XMPP是一个过时的即时通讯协议。与Google Hangout相似的即时讯息工具,

然而,在IOT部门,XMPP的损耗过重,依赖XML协议,不适合用于网络传输。

结语

横向来看，实际上,在每一个行业,互联网都提供广泛的用途。每个行业都有自己的一套工作条件和网络模式;例如,纵向物体网络系统保护传感器/控制设备。完整的硬件和软件链通过数据存取、传输、路线交换部件和数据储存处理。其中每一项联系都有一项技术议程,需要取得合理和有效的成果。

关于商品网络的现有协定多种多样,有几个协定涉及不同的行业和场面,许多议定书可以在同一背景下查阅,没有协定支配市场,各种协定之间有某种互补性。

因此,为了实现设备和数据网络的连接,重要的要点不是与协议有关,而是与多个协议和关于业务应用的上层协议之间的连接有关。

EMQ致力于解决物体网络设备的数据通信问题。EMQX 对象网络消息服务器可使用开放标准协议 MQTT、 CoAP 和 LwM2M 与任何设备进行通信。例如,工业协定在工业环境中复杂多样。还可以使用中微边际工业协议网关软件,将其转换成单一的MQTT连接。这是绝大多数网站第一次满足其数据收集要求。对于企业产品联网业务来说,提供一个有效和可靠的数据存取层。

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