物联网使用的 6 种通信协议

物联网 (IoT)是 基于物联网的。简而言之，物联网被定义为 “互联网的拟议发展，其中日常物体具有网络连接，允许它们发送和接收数据。” 这里最重要的是对象之间的连接。

 

Gartner 等研究公司预测，  2020 年物联网数量将增长至 260 亿台。设备将如何连接以及通信是什么样的？无线通信协议将如何发展？

我们可以将无线通信协议归结为以下6个标准：

• 卫星
• 无线上网
• 射频 (RF)
• 射频识别
• 蓝牙
• 近场通信

在下面的段落中，我们将简要概述和说明每种物联网通信技术、它们的优缺点以及它们的智能手机兼容性。

1、卫星

卫星通信使手机能够从电话到大约 10 到 15 英里的下一个天线进行通信。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”（机器对机器），因为它允许手机等设备通过蜂窝网络发送和接收数据。

卫星通信的优点和缺点

优点：

• 连接稳定
• 通用兼容性

缺点：

• 智能手机与设备之间没有直接通信（必须通过卫星）
• 每月费用高
• 高功耗

卫星连接的示例包括将数据发送到远程服务器的公用事业仪表、数字广告牌上更新的商业广告或通过互联网连接的汽车。

卫星可用于 利用低数据量的通信，主要用于工业目的，但在卫星通信成本逐渐下降的不久的将来， 卫星技术的使用可能对消费者来说变得更加可行和有趣。

2.、无线网络

WiFi 是一种无线局域网 (WLAN)，通过 2.4GhZ UHF 和 5GhZ ISM 频率利用 IEEE 802.11 标准。 WiFi 为范围内（距接入点约 66 英尺）内的设备提供互联网访问。

WiFi 的优点和缺点

优点：

• 通用智能手机兼容性
• 价格实惠
• 良好的保护和控制

缺点：

• 耗电量相对较高
• WiFi不稳定、不一致

WiFi 连接的一个示例是 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。由于其功耗相对较高，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耗射频无线电。

Z-Wave 的范围约为 100 英尺 (30 m)。使用的无线电频段特定于其所在国家/地区。例如，欧洲有 868.42 MHz SRD 频段、900 MHz ISM 或 908.42 MHz 频段（美国）、以色列有 916 MHz、香港有 919.82 MHz、澳大利亚/新西兰地区有 921.42 MHz 和 865.2 Mhz在印度。

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

射频的优点和缺点

优点：

• 其技术低能耗且简单，不依赖于手机的新功能

缺点：

• 智能手机不使用射频技术，如果没有中央集线器将射频设备连接到互联网，设备就无法连接

射频连接的一个例子是典型的电视遥控器，因为它使用射频，使您能够远程切换频道。其他示例包括无线灯开关、带家用显示器的电表、交通管理系统以及需要短距离低速率无线数据传输的其他消费和工业设备。

射频通信协议 对于大型部署非常有用 ，例如需要集中和本地管理大量设备的酒店。然而，在不久的将来， 该技术可能会变得越来越过时，并被蓝牙网状网络取代。

4.、射频识别

射频识别（RFID）是利用电磁场无线来识别物体。通常，您会安装一个主动阅读器，或阅读包含存储信息（主要是身份验证回复）的标签。专家称之为主动阅读器被动标签（ARPT）系统。短距离RFID约为10cm，长距离可达200​​m。许多人不知道的是，莱昂·特雷门 (Léon Theremin) 于 1945 年发明了 RFID，作为苏联的间谍工具。

有源阅读器有源标签 (ARAT) 系统使用由有源阅读器发出的询问器信号唤醒的有源标签。 RFID 运行频段：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 的优点和缺点

优点：

• 不需要电源
• 成熟并广泛使用的技术

缺点：

• 高度不安全
• 每张卡的持续费用
• 标签需要作为标识符出现并在之前移交
• 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。库存上还附有 RFID 标签，以便可以通过装配线跟踪其生产和制造进度。例如，可以通过仓库追踪药品。我们相信，RFID 技术很快就会被智能手机中的近场通信 (NFC) 技术所取代。

5、蓝牙

蓝牙是一种用于短距离交换数据的无线技术标准（使用 2.4 至 2.485 GHz ISM 频段的短波长 UHF 无线电波）。如果你看一下频率，它实际上与 WiFi 相同，因此这两种技术看起来非常相似。然而，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： 还记得那些将蓝牙与电池消耗者和黑洞联系在一起的日子吗？这种蓝牙是过去以笨重的手机为标志的移动技术全盛时期的遗物。这种蓝牙技术非常耗电、不安全，而且配对通常很复杂。
• BLE（蓝牙 4.0，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 速度快、能耗低，同时保持通讯范围。
• iBeacon： 它是 Apple 使用的基于蓝牙技术的简化通信技术的商标。它实际上是什么：一个蓝牙 4.0 发送器，传输一个名为 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。此外，即使没有接受过技术培训的消费者也可以轻松使用 Estimote.com 等 iBeacons 或其他替代方案。尽管在技术层面上有所不同，但 iBeacon 技术在抽象层面上可以与 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。当在低带宽情况下在两个或多个彼此靠近的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传输声音数据（即通过蓝牙耳机）或通过手持计算机传输字节数据（传输文件）。蓝牙协议简化了设备之间服务的发现和设置。蓝牙设备可以宣传它们提供的所有服务。这使得使用服务变得更加容易，因为相对于其他通信协议，它可以实现更高的自动化，例如安全性、网络地址和权限配置。

Wifi 和蓝牙的比较

Wi-Fi 和蓝牙在应用和使用方面在某种程度上是互补的。

无线上网

• 以接入点为中心，采用不对称的客户端-服务器连接，提供通过接入点路由的所有流量。
• ‍非常适用于可以进行某种程度的客户端配置并且需要高速度的应用程序，例如通过访问节点进行网络访问
• ‍通过 WiFi 可以实现临时连接，但通过蓝牙则不然，最近开发了 Wi-Fi Direct，以添加更像蓝牙的临时功能

蓝牙

• ‍两个蓝牙设备之间对称
• ‍在需要两个设备以最少的配置进行连接的简单应用中效果很好，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  都会按需传输以下信息：

• 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：

• 每部智能手机都配备蓝牙，该技术通过新硬件不断升级和改进
• 成熟并广泛使用的技术

缺点：

• 硬件功能变化非常快，需要更换
• 使用电池运行时，iBeacon 的使用寿命为 1 个月到 2 年
• 如果人们关闭蓝牙，使用时就会出现问题。

蓝牙技术主要应用于医疗保健、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，但它的功能多次被高估或误解。如果应用程序超出了乐趣，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不同。

6、近场通信（NFC）

近场通信利用位于彼此近场内的两个环形天线之间的电磁感应，有效地形成空芯变压器。它在 ISO/IEC 18000-3 空中接口上的全球可用且未经许可的 13.56 MHz 射频 ISM 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；发起者主动产生射频场，为无源目标（称为“标签”的未供电芯片）供电。这使得 NFC 目标能够采用非常简单的形式，例如标签、贴纸、钥匙扣或无电池卡。只要两个设备都通电，就可以进行 NFC 点对点通信。

有两种模式：

• 被动通信模式：发起设备提供载波场，目标设备通过调制现有场来应答。在这种模式下，目标设备可以从发起者提供的电磁场获取其工作功率，从而使目标设备成为应答器。
• 主动通信模式：发起方和目标设备都通过交替生成各自的字段来进行通信。设备在等待数据时会停用其射频场。在此模式下，两个设备通常都有电源。

NFC 的优点和缺点

优点：

• 通过极其简单的设置提供低速连接
• 可用于引导更强大的无线连接
• NFC 的传输距离短且支持加密，可能比早期的、私密性较低的 RFID 系统更适合

缺点：

• 短距离在许多情况下可能不可行，因为它目前仅适用于新的 Android 手机和新 iPhone 上的 Apple Pay

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

功耗： NFC 功耗更低

配对： NFC无需配对

时间： NFC 的设置时间更短

连接：自动建立 NFC

数据传输速率： BLE 的最大速率为 2.1 Mbits/s，NFC 的最大速率为 424 kbits/s。

（NFC 的范围有限，距离为 20 厘米，这降低了不必要的拦截的可能性，因此它特别适合将信号与其传输物理设备关联起来变得困难的拥挤区域。）

兼容性： NFC 与现有无源 RFID (13.56 MHz ISO/IEC 18000-3) 基础设施兼容

能源协议： NFC 需要相对较低的功耗

供电设备： NFC 可与未供电设备配合使用。

NFC设备可用于非接触式支付系统，类似于目前信用卡和电子票务智能卡中使用的支付系统，它允许移动支付取代或补充这些系统。

我们相信 NFC 肯定会取代更不安全和过时的 RFID 汽车，因为它在智能手机上的使用将仅限于支付、访问或识别等仅限接触的应用程序。

结论：物联网的赢家是谁？

这些标准的获胜者很可能将是许多新设备和手机中可用的标准——否则，人们就不会使用它。如今，每部智能手机都配备蓝牙和 WiFi。然而，NFC 越来越多地在新手机中得到应用。

根据我们的经验， 当您拥有非常明确的用例时，就会出现明显的物联网赢家。例如，如果您想传输大量文件，WiFi 是理想的选择。如果您想对过路的乘客做出反应，蓝牙是最佳选择。如果您想要快速、短距离的交互，NFC 可能适合您。从今以后，获胜的通信协议实际上取决于您的目标和明确定义的用例。