最適用于物聯網的通信標準

物聯網的成功取決于可連接至世界各地的設備，而無線通信將成為實現這一目標的主要手段。無線標準種類繁多，該如何做出恰當的選擇?目前，物聯網的身影在手機上隨處可見，蜂窩網絡、Wi-Fi、藍牙等通訊技術已是眾所周知。還有一些其他的技術，無論是否新技術，都為物聯網應用提供了另一種選擇。由于應用程序各不相同，范圍、數據需求、安全性和功率需求、電池使用壽命和目標市場等，這些因素將決定如何對技術進行選擇。

選擇無線標準時，功耗是一個關鍵的考慮因素。設備是電池充電還是插板充電呢?電池充電的設備必須盡可能節約能源，限制更換電池或給電池充電的必要性。電池的類型也是一個重要的考慮因素。如果想使用硬幣電池來運行設備，且幾年時間都不進行更換，那么，這個選擇將與預期定期充電的設備有很大的不同。數據率也是一個重要的考慮因素。有多少數據需要在設備和用戶的手機、云端或中央樞紐之間進行傳輸?某些無線通信技術的吞吐量比其他技術高，因此，進行適當的設計選擇至關重要。例如，多媒體流應用程序需要比健康追蹤器更高的吞吐量。

根據所預期的傳輸距離和設備的物理位置，頻率和傳輸功率在設計決策中占了很大的比例。設備通信的頻率將影響設備穿透墻壁和建筑物的能力，以及信號可以傳播的總距離。一般而言，相比高頻率，低頻率可以更好地穿透墻壁和建筑物。此外，還需要考慮設備需要發送數據的距離。由于應用程序的差異，可能需要遠程，如遠程農業監視器;或中程，如智能家居;或短程，如健康跟蹤器。

最后，查看網絡拓撲，或設備如何彼此連接以給用戶提供數據或控制環境，這一點也至關重要。是否會有一個中央樞紐，使所有的設備都與之通信?這些設備會直接與用戶的移動設備通訊么?或者，每個設備都能在網格配置中相互通信么?有了這么多的連接選項，于是更難抉擇出最佳選擇。接下來，讓我們詳細地探討這些選項，以及它們如何與特定的設備相關聯。

1、IEEE 802.11 / Wi-Fi

對于開發人員而言，Wi-Fi連接通常是一個常見的選擇，尤其是在家居產品和許多消費環境中，Wi-Fi可謂無處不在。根據IEEE標準，Wi-Fi的數據傳輸速率可以從1 Mbps到Gbps，里程可達300 m。對于Wi-Fi 和 IoT來說，最大的挑戰是電池續航時間有限。Wi-Fi供應商正使用新功能和新標準，努力降低Wi-Fi功耗，但需要一段時間才能正式推向市場。最新的IEEE 802.11 ah標準——使用915 MHz頻譜，數據率低至300 kbps，最高里程可達1 km，其新特性可將電池壽命延長至數月甚至數年。

標準：IEEE 802.11

頻率：2.4GHz 和5GHz帶寬頻率為915 MHz

里程：高達300m——使用IEEE 802.11ah標準高達1km

數據率：1 Mbps~7 Gbps

2、Bluetooth 藍牙

作為主要的短程通信標準之一，藍牙在許多消費品市場中的地位已經變得舉足輕重。預計，藍牙將成為可穿戴產品的主要技術。藍牙將無線配件與智能手機或平板電腦連接起來，并可作為互聯網網關使用。可穿戴式心率監測器將數據上傳至云端服務器，或手機遙控的門鎖向安全公司發送狀態信息，這是眾多物聯網應用的兩個案例，而這些應用都可以通過藍牙技術來實現。

低功耗藍牙是物聯網應用的重要協議，它提供了與藍牙類似的里程，卻大幅降低了功耗。不過，藍牙智能/BLE的設計并不針對文件傳輸，而是更適合小塊數據。由于其在智能手機和許多其他移動設備上進行了廣泛的整合，故而在個人設備上使用時有很多技術上的優勢。互聯網協議支持的最新版本將允許智能藍牙傳感器直接訪問互聯網。

標準：藍牙4.2核心規范

頻率：2.4GHz

里程：50-150m

數據率：1Mbps

3、6LoWPAN

6LoWPAN（低功耗無線個人區域網絡的IPv6）適用于低功耗且處理性能有限的設備。它旨在為小設備提供IoT連接，如硬幣電池供電的傳感器。該標準只定義了802.15.4數據鏈路層和TCP/IP棧之間可插入的有效適應層。

對于整個協議棧，仍然沒有全面的標準。此外，目前還不存在針對6LoWPAN解決方案的認證程序。由于數據鏈路層中有多種可選模式，不同的制造商開發的解決方案在網絡層無法互操作。盡管如此，這些解決方案可以被指定為6LoWPAN網絡，而在不同網絡中駐留的6LoWPAN設備可以通過Internet進行通信，只要它們使用相同的Internet應用程序協議。6LoWPAN設備還可以與任何基于IP的服務器或設備進行通信，包括Wi-Fi和以太網設備。

6LoWPAN通信協議仍然是一個全新的協議。初始安裝是2.4 GHz、868MHz和916MHz的ISM波段。由于802.15.4技術和IP通信技術的優勢，6LoWPAN處在一個有利的位置，可以推動不斷發展的云連接傳感器市場、低數據率應用和能量敏感型應用程序向前發展。

標準：RFC6282

頻率：適用于其他多種網絡媒體，包括智能藍牙或ZigBee或低功耗RF

里程：N/A

數據率：N/A

4、Thread 線程

有一個旨在家居智能環境的基于IP的IPv6網絡協議，即基于6LowPAN的線程。這個由Thread Group于2014年年中發布的免版稅協議基于各種標準，包括IEEE802.15.4、IPv6和6LoWPAN，并為物聯網提供了一種彈性的基于IP的解決方案。由于要在現有的IEEE802.15.4無線硅上工作，線程支持使用IEEE802.15.4無線電收發機的網狀網絡，且能處理高達250個節點，并具有很高的認證和加密能力。一個相對簡單的軟件升級應該允許用戶在現有的IEEE802.15.4設備上運行線程。

標準：線程，基于IEEE802.15.4和 6LowPAN

頻率：2.4GHz

里程：N/A

數據率：N/A

顯而易見的是，無論使用哪種連接，傳輸數據至云端時總要產生帶寬、存儲、延遲和成本方面的消耗。因此，出現了一種趨勢——使邊緣節點/網關更加智能，而霧運算可以通過將云端擴展到事物所在的位置來實現這一目標。使用這樣的模型具有多重優勢，因為它可以降低成本和功率，生成超低延遲，進行實時分析，且使邊緣具有高級安全性能。