物联网使用的常用的6种通信协议

物联网（IOT）的网络，基于物联网的联网。简而言之，物联网被定义为 “ Internet的拟议开发，其中日常对象具有网络连接性，允许它们发送和接收数据。”

预测， 物联网将在2020年增长到260亿个设备。设备将如何连接？通信方式如何？无线通信协议将如何发展？

我们可以将无线通信协议分解为以下6个标准：

• 蜂窝网络
• 无线上网
• 射频（RF）
• 射频识别
• 蓝牙
• NFC

在以下各段中，我们将简要概述和说明每种物联网通信技术，其优缺点以及它们的智能手机兼容性。

1.蜂窝网络

蜂窝网络通过基站进行通信。根据连接速度，它们被称为GSM，GPRS，CDMA，GPRS，2G / GSM，3G，4G / LTE，EDGE等。

在物联网语言中，这种通信形式通常被称为“ M2M”（机器到机器），因为它允许诸如电话之类的设备通过蜂窝网络发送和接收数据。

蜂窝网络的利与弊

优点：

• 连接稳定
• 通用兼容性

缺点：

• 智能手机与设备之间无直接通信（必须通过基站）
• 每月费用高
• 功耗高

蜂窝网络的示例包括将数据发送到远程服务器的公用事业仪表，在数字广告牌上更新的商业广告或通过Internet连接的汽车。

卫星对于使用低数据量（主要是工业用途）的通信很有用， 但是在不断变化的不久的将来，随着卫星通信的成本逐渐下降， 卫星技术的使用可能会变得对消费者更加可行和有趣。

2. WiFi

WiFi是一种无线局域网（WLAN），它通过2.4GhZ UHF和5GhZ ISM频率利用IEEE 802.11标准。WiFi提供对小范围内的设备的Internet访问。

WiFi的优缺点

优点：

• 通用智能手机兼容性

• 受到良好保护和控制

缺点：

• 相对较高的功耗
• WiFi的不稳定和不一致
• 需要配置wifi密码账号

WiFi连接的示例是Dropcam通过本地WiFi流式传输实时视频，而不是通过连接的以太网LAN电缆流式传输。WiFi对于许多物联网连接很有用，但 此类连接通常连接到外部云服务器 ， 而不是直接连接到智能手机。由于电池功耗较高，因此也不建议用于电池供电的设备。

3.射频（RF）

射频通信可能是设备之间最简单的通信形式。ZigBee 或 ZWave 等协议 使用嵌入或改装到电子设备和系统中的低功率RF无线电。

Z-Wave的范围约为30米。所使用的无线电频段特定于其国家/地区。例如，欧洲拥有868.42 MHz SRD频段，900 MHz ISM或908.42 MHz频段（美国），以色列916 MHz，香港919.82 MHz，澳大利亚/新西兰地区921.42 MHz）和865.2 Mhz在印度。

ZigBee基于 IEEE 802.15.4标准。但是，其低功耗将传输距离限制在10至100米的范围内。

射频的优缺点

优点：

• 其技术的低能耗和简单性不依赖于手机的新功能

缺点：

• 智能手机未使用射频技术，并且没有中央集线器将RF设备连接到互联网，因此无法连接设备

射频连接的示例是典型的电视遥控器，因为它使用射频，使您可以远程切换频道。其他示例包括无线灯开关，带有室内显示器的电表，交通管理系统以及其他需要短距离低速率无线数据传输的消费和工业设备。

射频通信协议 对于大型部署很有用， 例如旅馆，需要对大量设备进行集中和本地管理。然而，在不久的将来， 该技术可能会变得越来越过时，并被蓝牙网状网络所取代。

4. RFID

射频识别（RFID）是无线使用电磁场识别物体。通常，您将安装活动的阅读器，或阅读包含已存储信息（主要是身份验证回复）的标签。专家称此为主动阅读器被动标签（ARPT）系统。短距离RFID约为10厘米，但远距离可达200m。许多人不知道的是LéonTheremin于1945年发明了RFID作为苏联的间谍工具。

主动阅读器主动标签（ARAT）系统使用被来自主动阅读器的询问器信号唤醒的主动标签。RFID频段运行于：120–150 kHz（10cm），3.56 MHz（10cm-1m），433 MHz（1-100m），865-868 MHz（欧洲），902-928 MHz（北美）（1-12m） 。

RFID的优缺点

优点：

• 不需要电源
• 业已建立并广泛使用的技术

缺点：

• 高度不安全

• 标签需要作为标识符出现并在移交之前
• 与智能手机不兼容

示例包括动物识别，工厂数据收集，道路通行费和建筑物通道。RFID标签还附在库存上，以便可以通过装配线跟踪其生产和制造进度。作为说明，可以通过仓库跟踪药品。我们认为，RFID技术很快将被智能手机中的近场通信（NFC）技术取代。

5.蓝牙

蓝牙是用于短距离交换数据的无线技术标准（使用ISM频段中从2.4到2.485 GHz的短波UHF无线电波）。如果您查看频率，它实际上与WiFi相同，因此这两种技术看起来非常相似。但是它们有不同的用途。通常谈论的3种不同风格的蓝牙技术是：

• 蓝牙： 还记得将蓝牙关联为电池消耗器和黑洞的日子吗？这样的蓝牙是手机历史的全盛时期，以手机体积大为特征。此类蓝牙技术耗电，不安全，并且配对通常很复杂。
• BLE（蓝牙4.0/5.0，低功耗蓝牙）： 最初由诺基亚推出，目前被所有主要操作系统使用，例如iOS，Android，Windows Phone，Blackberry，OS X，Linux和Windows 8，BLE在保持维护的同时使用快速，低能耗通讯范围。
• iBeacon： 它是Apple使用的基于蓝牙技术的简化通信技术的商标。实际上是什么：蓝牙4.0发送器，它发送一个称为UUID的ID，您的iPhone可以识别该ID。这简化了许多供应商以前面临的实施工作。而且，即使没有经过技术培训的消费者也可以轻松使用Estimote.com之类的iBeacon或其他替代产品。尽管在技术层面上可以将iBeacon技术与抽象级别的NFC进行比较。

蓝牙存在于许多产品中，例如电话，平板电脑，媒体播放器，机器人系统。在低带宽情况下，在彼此靠近的两个或多个设备之间传输信息时，该技术非常有用。蓝牙通常用于通过电话（即，使用蓝牙耳机）传输声音数据或通过手持计算机（传输文件）传输字节数据。蓝牙协议简化了设备之间服务的发现和设置。蓝牙设备可以宣传其提供的所有服务。这使得使用服务更加容易，因为相对于其他通信协议，它可以实现更高的自动化程度，例如安全性，网络地址和权限配置。

Wifi和蓝牙的比较

Wi-Fi和蓝牙在其应用和使用方面在某种程度上是互补的。

无线上网

• 接入点居中，具有不对称的客户端-服务器连接，其中提供了通过该接入点路由的所有流量。
• ‍在可以进行某种程度的客户端配置并且需要高速运行的应用中很好地服务，例如通过访问节点进行网络访问
• WLAN可以使用临时连接，但使用Wi-Fi Direct的蓝牙则不那么容易，最近开发的Wi-Fi Direct可以添加更多类似蓝牙的临时功能

蓝牙

• 两个蓝牙设备之间的对称
• 在需要两个设备以最小配置连接的简单应用中很好地工作，例如 耳机和遥控器
• 蓝牙接入点确实存在，尽管它们并不常见

任何处于可发现模式的蓝牙设备均 按需传输以下信息：

• 设备名称
• 设备类别
• 服务清单
• 技术信息（例如：设备功能，制造商，使用的蓝牙规范，时钟偏移）

蓝牙的优点和缺点

优点：

• 每部智能手机都具有蓝牙，可以通过新硬件不断升级和改进技术
• 业已建立并广泛使用的技术
• 低功耗、方便手机连接、没网络也能上网

缺点：

• 硬件功能变化非常快，需要更换
• 使用电池供电，iBeacon的使用寿命为1个月至2年
• 如果人们关闭了蓝牙，则说明使用中存在问题。

蓝牙技术主要用于医疗保健，健身，信标，安全和家庭娱乐行业。

蓝牙技术无疑是目前最热门的技术，但其功能却多次被高估或被误解了。如果应用程序变得有趣，您将不得不深入研究配置和不同的设置，因为不同的手机对蓝牙的反应也不同。

6.近场通信（NFC）

近场通信使用位于彼此近场内的两个环形天线之间的电磁感应，有效地形成了空心变压器。它在ISO / IEC 18000-3空中接口的13.56 MHz的全球可用且未经许可的ISM射频频段内运行，速率范围为106 kbit / s至424 kbit / s。NFC涉及发起者和目标；发起方主动生成可以为无源目标（称为“标签”的未供电芯片）供电的RF场。这使NFC目标可以采用非常简单的外形，例如标签，贴纸，密钥卡或无电池卡。如果两个设备都通电，则可以进行NFC对等通信。

有两种模式：

• 被动通信模式：发起方设备提供一个载波字段，目标设备通过调制现有字段进行应答。在此模式下，目标设备可以从发起者提供的电磁场中汲取其工作功率，从而使目标设备成为转发器。
• 活动通信模式：发起方和目标设备都通过交替生成自己的字段进行通信。设备在等待数据时会停用其RF字段。在这种模式下，两个设备通常都具有电源。

NFC的优点和缺点

优点：

• 通过极其简单的设置提供低速连接
• 可用于引导功能更强大的无线连接
• NFC的范围很短，并且支持加密，在这种情况下，NFC可能比早期的私有性较低的RFID系统更适合

缺点：

• 在许多情况下，短距离可能不可行，因为当前仅在新的Android手机和新的iPhone的Apple Pay上提供

BLE与NFC的比较

BLE和NFC都是集成到手机中的短距离通信技术。

速度： BLE更快

传输： BLE具有更高的传输速率

功率： NFC消耗更少的功率

配对： NFC不需要配对

时间： NFC花费的时间更少

连接：自动为NFC建立

数据传输速率： BLE的最大速率为2Mbits / s，NFC的最大速率为424 kbits / s。

（NFC的距离范围很短，距离为20cm，这减少了不必要的拦截的可能性，因此它特别适用于信号难以与其发送的物理设备相关联的拥挤区域。）

兼容性： NFC与现有的无源RFID（13.56 MHz ISO / IEC 18000-3）基础结构兼容

能源协议： NFC需要相对较低的功率

受电设备： NFC与无电设备一起使用。

NFC设备可用于非接触式支付系统，类似于当前在信用卡和电子票证智能卡中使用的设备，并且它允许移动支付替代或补充这些系统。

我们认为，NFC肯定会取代更加不安全和过时的RFID汽车，因为在智能手机上使用的NFC将仅限于仅与付款，访问或身份识别等应用程序联系。