物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分是連接和通信。物聯(lián)網(wǎng)使遠(yuǎn)程和分散物體(設(shè)備，傳感器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)單元，云服務(wù)器)之間的連接和通信成為可能。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的專業(yè)知識(shí)對(duì)于理解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)至關(guān)重要。這些有線或無線協(xié)議不僅充當(dāng)通信媒介，還為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供增值功能。諸如Zigbee之類的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了無干擾，低功耗的通信，而像Profinet這樣的開源協(xié)議可以促進(jìn)與各種工業(yè)單元和設(shè)備的無縫和快速通信。

本文介紹了8種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，這些協(xié)議已廣泛部署在眾多現(xiàn)有和新興的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。

1. 藍(lán)牙

兼容的藍(lán)牙IoT傳感器非常適合需要短距離連接和低功率通信的應(yīng)用。藍(lán)牙協(xié)議的有效范圍為50到100米，支持高達(dá)1 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

最近，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員已經(jīng)表現(xiàn)出對(duì)基于藍(lán)牙智能協(xié)議的低能耗藍(lán)牙低功耗(BLE)的傾向。與前一代產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的Zigbee已成為嵌入式應(yīng)用中使用最廣泛的通信協(xié)議之一。Zigbee用于連接10-100米范圍內(nèi)的設(shè)備，支持高達(dá)250 Kbps的數(shù)據(jù)速率。作為一種低功耗，低數(shù)據(jù)速率技術(shù)，Zigbee非常適合物聯(lián)網(wǎng)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以及ad hoc無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

通過其網(wǎng)狀拓?fù)?，Zigbee設(shè)備可以通過中間設(shè)備在一定距離上傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)于在消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域需要低成本和低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，Zigbee是一個(gè)很好的選擇。

Zigbee協(xié)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(jiǎn)單的無線網(wǎng)狀技術(shù)，可使各個(gè)節(jié)點(diǎn)支持IP。其目標(biāo)是克服將所有類型的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和商業(yè)障礙。

6LoWPan規(guī)范還定義了通過IEEE 802.15.4網(wǎng)絡(luò)交換IPv6數(shù)據(jù)包的封裝和報(bào)頭壓縮機(jī)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(duì)于需要低功耗無線通信的小型設(shè)備而言，它是一種可行的選擇。

4. Wi-Fi

Wi-Fi旨在取代以太網(wǎng)，并通過IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)進(jìn)行傳輸。由于現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的普遍存在，其受歡迎程度不斷提高。

5. 蜂窩

需要長(zhǎng)距離連續(xù)連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以基于GSM，LTE，EDGE，3G，4G和5G等蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以與設(shè)備通信，最遠(yuǎn)距離可達(dá)35公里。

蜂窩技術(shù)有利于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因?yàn)樗哂幸韵绿攸c(diǎn)：

• 通過像Cat-0和Cat-1等LTE網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成本優(yōu)化，增強(qiáng)覆蓋。

• 通過TLS / DTLS安全性和LTE網(wǎng)絡(luò)的空中加密實(shí)現(xiàn)端到端安全性。

• 最低或零監(jiān)管法規(guī)。使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)可以高達(dá)23 dBm進(jìn)行交換。

6. ModBus

Modbus協(xié)議是一種強(qiáng)大的通信標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化和SCADA系統(tǒng)，以便將儀表，傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)發(fā)送回主控制器。Modbus具有廣泛的通信協(xié)議，可在各種物理鏈路上運(yùn)行。

Modbus是一種基于主從模型的串行通信協(xié)議。

主設(shè)備使用功能代碼請(qǐng)求信息，該功能代碼指示需要執(zhí)行的操作，例如：

read a discrete input; read a first in, first out queue

使用Modbus的主要優(yōu)點(diǎn)是它是一個(gè)簡(jiǎn)單的開源協(xié)議。Modbus的開發(fā)成本很低，并且需要最少的硬件設(shè)計(jì)。此外，Modbus還支持與各種設(shè)備(來自不同供應(yīng)商)和系統(tǒng)的互操作性和兼容性。

7. PROFINET

PROFINET廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化解決方案，用于連接制造環(huán)境中的系統(tǒng)。根據(jù)IEC 61158和IEC 61784標(biāo)準(zhǔn)，PROFINET以固定的時(shí)間間隔(1 ms或更短)提供數(shù)據(jù)，而不會(huì)造成質(zhì)量損失。它還支持現(xiàn)有的IT標(biāo)準(zhǔn)。

PROFINET與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)高度兼容，可輕松與現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)集成。PROFINET規(guī)范使用指定的數(shù)據(jù)映射系統(tǒng)定義代理(代理地址)，以允許協(xié)議與現(xiàn)代IoT協(xié)議進(jìn)行通信。

8. EtherCAT

EtherCAT基于CANopen協(xié)議和以太網(wǎng)，專門針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)行了優(yōu)化。它允許任何標(biāo)準(zhǔn)PC用作EtherCAT主站，并使用任何拓?fù)渑cEtherCAT從站通信。它們可以在30微秒內(nèi)以高達(dá)1,000個(gè)I / O點(diǎn)的速率連接工廠車間的所有設(shè)備。

EtherCAT可靠且速度快，因?yàn)橄⒖梢栽谵D(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)從系統(tǒng)之前借助專用高性能硬件進(jìn)行處理。