你需要了解的11個物聯網（IoT）協議

電子工程師和物聯網（IoT）的產品和系統的應用程序開發人員都有一個幾乎令人迷惑的連接選項。

許多通信技術是眾所周知的，如WiFi，藍牙，ZigBee和2G / 3G / 4G蜂窩，但也有幾個新興的新興網路選項，如線程作為家庭自動化應用的替代品，以及在主要城市實施的空白電視技術用於更廣泛的基於IoT的用例。根據應用，範圍，數據要求，安全性和功率需求以及電池壽命等因素將決定某種形式的技術組合的選擇。這些是向開發人員提供的一些主要通信技術。

藍牙

重要的短距離通信技術當然是藍牙技術，在計算和許多消費品市場中已經變得非常重要。預計這是可穿戴產品的關鍵，特別是連接到物聯網，儘管可能通過智能手機在許多情況下。新的藍牙低功耗（BLE）或藍牙智能（如現在已被標註）是物聯網應用的重要協議。重要的是，雖然它提供了與藍牙類似的範圍，但它的設計旨在顯著降低功耗。

但是，Smart / BLE並不是真正設計用於文件傳輸，更適合於小塊數據。鑒於其在智能手機和許多其他移動設備上的廣泛集成，因此在許多競爭技術的個人設備環境中肯定具有重大優勢。根據藍牙SIG，超過90％的藍牙智能手機，包括iOS，Android和Windows的型號，預計到2018年將「智能就緒」。

使用藍牙智能功能的設備包含了基於射頻收發器，基帶和協議棧的基本數據速率和低能量核心配置的藍牙核心規範版本4.0（或更高版本 - 2014年底最新版本4.2） 。重要的是，版本4.2通過其互聯網協議支持配置文件將允許藍牙智能感測器通過6LoWPAN連接直接訪問互聯網（下面更多）。這種IP連接使得可以使用現有的IP基礎設施來管理藍牙智能邊緣設備。有關藍牙4.2的更多信息，可從RS獲得各種藍牙模塊。

標準：藍牙4.2核心規格

頻率：2.4GHz（ISM）

範圍：50-150米（智能/ BLE）

數據速率：1Mbps（智能/ BLE）

Zigbee

ZigBee像藍牙一樣具有大量的操作基礎，儘管傳統上在工業環境中也是如此。 ZigBee PRO和ZigBee遠程控制（RF4CE）以及其他可用的ZigBee配置文件均基於IEEE802.15.4協議，該協議是以2.4GHz為目標的行業標準無線網路技術，針對的應用程序需要相對不頻繁的數據交換，在限制區域內的距離在100米範圍內，例如在家庭或建築物中。

ZigBee / RF4CE在複雜系統中具有一些顯著的優勢，提供低功耗操作，高安全性，魯棒性和高可擴展性，具有高節點數量，並且有能力利用M2M和IoT應用中的無線控制和感測器網路。 ZigBee的最新版本是最近推出的3.0版本，它基本上是將各種ZigBee無線標準統一為單一標準。 ZigBee開發的示例產品和套件包括TI的CC2538SF53RTQT ZigBee片上系統集成電路和CC2538 ZigBee開發套件。

標準：基於IEEE802.15.4的ZigBee 3.0

頻率：2.4GHz

範圍：10-100米

數據速率：250kbps

Z波

Z-Wave是一種低功耗射頻通信技術，主要用於諸如燈控制器和感測器之類的產品的家庭自動化。針對數據速率高達100kbit / s的小數據數據包的可靠和低延遲通信進行了優化，其工作在1GHz頻段，並且不受WiFi和其他無線技術在2.4 GHz範圍內的干擾，如藍牙或ZigBee。它支持全網狀網路，而不需要協調器節點，並且是非常可擴展的，可以控制多達232個設備。 Z-Wave使用比其他一些更簡單的協議，可以實現更快更簡單的開發，但與其他無線技術（如ZigBee等）的多種來源相比，唯一的晶元製造商是Sigma Designs。

標準：Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959

頻率：900MHz（ISM）

範圍：30m

數據速率：9.6 / 40 / 100kbit / s

6LowPAN

基於IP（Internet Protocol）的技術是6LowPAN（IPv6低功率無線個人區域網路）。 6LowPAN不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協議技術，而是一種定義封裝和頭壓縮機制的網路協議。該標準具有頻帶和物理層的自由度，也可以在多種通信平台上使用，包括乙太網，Wi-Fi，802.15.4和sub-1GHz ISM。一個關鍵的屬性是IPv6（互聯網協議版本6）堆棧，這是近年來非常重要的介紹，以實現物聯網。 IPv6是IPv4的後繼者，為世界上每個人提供大約5 x 1028個地址，使世界上任何嵌入式對象或設備都擁有自己的唯一IP地址並連接到互聯網。例如，IPv6專為家庭或樓宇自動化設計，提供了一種基本的傳輸機制，可以通過低功耗無線網路以成本效益的方式生產複雜的控制系統和與設備進行通信。

該標準旨在通過基於IEEE802.15.4的網路發送IPv6數據包，並實施開放IP標準，包括TCP，UDP，HTTP，COAP，MQTT和Websockets，該標準提供端對端可定址節點，允許路由器將網路連接到IP。 6LowPAN是一種網狀網路，具有強大的可擴展性和自愈性。網狀路由器設備可以路由指定給其他設備的數據，而主機能夠長時間睡眠。這裡有6LowPAN的解釋，TI提供。

標準：RFC6282

頻率：（適用於各種其他網路媒體，包括藍牙智能（2.4GHz）或ZigBee或低功率射頻（亞1GHz）

範圍：N / A

數據速率：N / A

線程

線程是一種針對家庭自動化環境的新型基於IP的IPv6網路協議。基於6LowPAN，也喜歡它，它不是像藍牙或ZigBee這樣的IoT應用協議。然而，從應用的角度來看，它主要被設計為WiFi的補充，因為它識別出WiFi對於許多消費者設備而言是有利的，它在家庭自動化設置中使用的限制。

線程組於2014年中推出，免版稅協議基於各種標準，包括IEEE802.15.4（作為無線空中介面協議），IPv6和6LoWPAN，並為物聯網提供了一種彈性的基於IP的解決方案。 Thread專為從現有的IEEE802.15.4無線晶元供應商（如飛思卡爾和Silicon Labs）工作，Thread支持使用IEEE802.15.4無線電收發器的網狀網路，能夠處理多達250個具有高級別身份驗證和加密的節點。相對簡單的軟體升級應允許用戶在現有的支持IEEE802.15.4的設備上運行線程。

標準：線程，基於IEEE802.15.4和6LowPAN

頻率：2.4GHz（ISM）

範圍：N / A

數據速率：N / A

無線上網(WIFI）

WiFi連接通常是許多開發人員的明顯選擇，特別是考慮到區域網內家庭環境中WiFi的普及。除了明確指出，現有基礎架構廣泛，並提供快速的數據傳輸和處理大量數據的能力，這不需要進一步的解釋。

目前，在家庭和許多企業中使用的最常見的WiFi標準是802.11n，其提供了在數百兆比特每秒的嚴格吞吐量，這對於文件傳輸是很好的，但對於許多IoT應用來說可能太耗電了。 RS提供了一系列用於構建基於WiFi的應用的RF開發套件。

標準：基於802.11n（今天最常見的用途）

頻率：2.4GHz和5GHz頻段

範圍：約50m

數據速率：最大600 Mbps，但根據所使用的通道頻率和天線數量（最新的802.11-ac標準應提供500Mbps至1Gbps），150-200Mbps更為典型。

蜂窩

需要更長距離運行的IoT應用程序可以利用GSM / 3G / 4G蜂窩通信功能。雖然蜂窩電話顯然能夠發送大量的數據，特別是對於4G，但對於許多應用來說，費用和功耗將會太高，但是對於傳輸速度非常低的基於感測器的低帶寬數據項目來說，這是非常理想的互聯網上的數據量。該領域的一個關鍵產品是SparqEE系列產品，包括原始的小型CELLv1.0低成本開發板和一系列與Raspberry Pi和Arduino平台一起使用的屏蔽連接板。

標準：GSM / GPRS / EDGE（2G），UMTS / HSPA（3G），LTE（4G）

頻率：900/1800/1900 / 2100MHz

範圍：GSM最大35km; HSPA最長200公里

數據速率（典型下載）：35-170kps（GPRS），120-384kbps（EDGE），384Kbps-2Mbps（UMTS），600kbps-10Mbps（HSPA），3-10Mbps

NFC

NFC（近場通信）是一種技術，能夠實現電子設備之間的簡單和安全的雙向交互，特別適用於智能手機，允許消費者執行非接觸式支付交易，訪問數字內容和連接電子設備。本質上它擴展了非接觸式卡技術的能力，並使設備能夠在距離小於4cm的情況下共享信息。此處提供更多信息。

標準：ISO / IEC 18000-3

頻率：13.56MHz（ISM）

範圍：10厘米

數據速率：100-420kbps

Sigfox

標題另一種廣泛的技術是Sigfox，它的範圍在WiFi和蜂窩之間。它使用可免費使用的ISM頻帶，而不需要獲取許可證，以便在非常窄的頻譜範圍內將數據傳輸到連接對象和從連接對象傳輸數據。 Sigfox的想法是，對於運行在小型電池上的許多M2M應用程序，只需要低級別的數據傳輸，則WiFi的範圍太短，而蜂窩電話太貴，並且功耗太大。 Sigfox使用一種稱為超窄帶（UNB）的技術，僅用於處理每秒10至1,000位的低數據傳輸速度。與5000微瓦相比，蜂窩通信消耗的電量僅為50微瓦，或者可以通過2.5Ah電池提供典型的待機時間20年，而蜂窩電話僅為0.2年。

已經部署在成千上萬個連接對象中，該網路目前正在歐洲主要城市推出，其中包括英國的十個城市。該網路提供了一個強大的，功率高效和可擴展的網路，可以與數百萬個電池供電設備在幾平方公里的區域進行通信，使其適用於預期包括智能電錶，病人監視器，安全設備，街道照明和環境感測器。 Sigfox系統使用Silicon Labs等EZRadioPro無線收發器等矽片，為在1GHz以下頻段工作的無線網路應用提供行業領先的無線性能，擴展範圍和超低功耗。

標準：Sigfox

頻率：900MHz

範圍：30-50公里（農村環境），3-10公里（城市環境）

數據速率：10-1000bps

Neul

與Sigfox相似，在1GHz頻段內運行，Neul利用電視白空間頻譜的小片，提供高可擴展性，高覆蓋率，低功耗和低成本無線網路。系統基於Iceni晶元，其使用白色空間無線電進行通信，以訪問高質量的UHF頻譜，由於模擬到數字電視轉換，現在可用。通信技術稱為無重量，是一種為IoT設計的新型廣域無線網路技術，與現有的GPRS，3G，CDMA和LTE WAN解決方案大有競爭。數據速率可以是在同一個單一鏈路上從每秒幾位到100kbps的任何數據速率;並且設備可以從2xAA電池消耗少至20至30mA，這意味著在現場10至15年。

標準：Neul

頻率：900MHz（ISM），458MHz（英國），470-790MHz（白色空間）

範圍：10公里

數據速率：最少可達100kbps

LoRaWAN

Again在某些方面與Sigfox和Neul類似，LoRaWAN針對廣域網（WAN）應用，旨在為具有特定功能的低功率WAN提供支持，以便在IoT，M2M和M2M中支持低成本移動安全雙向通信智能城市和工業應用。針對低功耗優化並支持具有數百萬和數百萬台設備的大型網路，數據速率範圍為0.3 kbps至50 kbps。

標準：LoRaWAN

頻率：各種

範圍：2-5公里（城市環境），15公里（郊區環境）

數據速率：0.3-50 kbps。