Wireless Communication Protocols

無線通信協議

來源：今日頭條

物聯網生態系統的核心組成部分，是連接和通信。物聯網使遠端和分散物體(設備，感測器節點，網路閘道器單元，雲端伺服器)之間的連接和通信成為可能。

物聯網通信協議的專業知識，對於理解物聯網系統非常重要。這些有線或無線協議，不僅充當通信媒介，還為物聯網網路提供增值功能。諸如 Zigbee之類的物聯網協議思，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。

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

1. 藍牙

相容的藍牙 IoT 感測器，非常適合需要短距離連接和低功率通信的應用。藍牙協議的有效範圍為 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，對基於藍牙智慧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

基於 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 用於連接 10-100 米範圍內的設備，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 非常適合物聯網感測器，和物聯網閘道器（Gateway），設備之間的雙向數據傳輸，以及 ad hoc 無線網狀網路。

透過其網狀拓撲，Zigbee 設備可以透過中間設備，在一定距離上傳輸數據。對於在消費和工業領域需要低成本和低功耗感測器網路的物聯網應用，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，連接到網路的技術和商業障礙。

6LoWPan 規範，還定義了透過 IEEE 802.15.4 網路交換 IPv6 數據，包的封裝和報頭壓縮機制。6LoWPan 整合了安全模組和 ACL 密鑰等安全組件，以及可選的 TLS。對於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 目的在取代乙太網，並透過 IEEE 802.11 標準系列，提供易於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，並且可以使用 2.4 GHz和5 GHz思頻端段，在 50 m範圍內進行傳輸。由於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思，可以基於 GSM、LTE、EDGE、3G、4G 和 5G 等蜂窩網路進行設計。蜂窩網路可以與設備通信，最遠距離可達 35 公里。

蜂窩技術有利於物聯網應用，因為它具有以下特點：

透過像 Cat-0 和 Cat-1 等 LTE 網路，物聯網應用的成本優化，增強覆蓋。

透過 TLS / DTLS 安全性和 LTE 網路的空中加密，實現端到端安全性。

最低或零監管法規。使用蜂窩網路，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，廣泛應用於工業自動化和 SCADA 系統，以便將儀表、感測器和執行器的信號，發送回主控制器。Modbus 具有廣泛的通信協議，可在各種實體鏈路上運行。

Modbus 是一種基於主從模型的串行通信協議。

主設備使用功能代碼請求資訊，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，並且需要最少的硬體設計。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相容性。

7. PROFINET

PROFINET 廣泛用於工業自動化解決方案，用於連接製造環境中的系統。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，而不會造成品質損失。它還支持現有的 IT 標準。

PROFINET 與現場總線技術高度相容，可輕鬆與現有工業系統整合。PROFINET 規範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 基於 CANopen 協議和乙太網，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，並使用任何拓撲與 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，連接工廠生產線上的所有設備。