物联网协议22

2015/05物联网协议——栾宇清周志旺蒋哲彭旭1前言传输协议分类目录前言物联网简介“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。定义：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。多种协议并存问题存在许多无线网络协议Zigbee,Wave,Xmesh,SmartMesh/TSMP等。在不同的协议层(PHY、MAC、L3)大多数芯片供应商只与自己的标准兼容，缺乏互操作性。很多简单RF芯片无MAC协议。缺乏互操作性的解决方案，如不同的体系结构、不同的协议栈、不能互联互通等。前言物联网需要传输协议物联网是一个网络，需要统一的协议基础，就像是互联网需要TCP/IP一样。在核心层面，由于物联网是互联网的延伸，同样基于TCP/IP；但在接入层面，协议类别就变得五花八门，RFID、ZigBee、蓝牙、GPRS、Wi-Fi、3G、4G、有线等多种通道，协议多得数不清。物联网需要IP地址物联网需要地址，每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。在IPv4资源即将耗尽的背景下，物联网需要更多的IP地址，那就需要IPv6来支撑。由于IPv4网络的庞大规模导致IPv4向IPv6过渡必定存在一个漫长的过程，传输协议分类物联网物+传感物+传感互联网无线有线接入RFID、ZigBee、蓝牙内网协议IPv6IPv4Wi-Fi、2G、3G、LTE外网协议传输协议分类协议详解一、内网协议1、RFIDISO/IEC认为RFID是自动身份识别和数据采集的一种很好手段，制定RFID标准不仅要考虑物流供应链领域的单品标识，还要考虑电子票证、物品防伪、动物管理、食品与医药管理、固定资产管理等应用领域。基于这种认识，ISO/IEC联合技术委员会JTC委托SC31子委员会，负责所有RFID通用技术标准的制定工作，也即对所有RFID应用领域的共同属性进行规范化；委托各专业委员会负责应用技术标准的制定，如ISOTC104SC4负责制定集装箱系列RFID标准的制定，ISOTC23SC19负责制定动物管理系列RFID标准，ISOTC122和ISOTC104组成的联合工作组制定物流与供应链系列应用标准[1]。所有标准的制定工作，可以由技术委员会委托某些专家起草标准草案，也可以由企业或者专家直接提交标准草案，然后按照ISO标准化组织制定标准的程序进行审核、修改直至最后批准执行。传输协议分类协议详解一、内网协议1、RFID中国的RFID标准化进程：致力于开发自己的编码系统：国家产品代码（NationalProductCode,NPC）基于国家代码提出了D-NPCRFID标准中国已将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物识别、特种设备与危险品管理、公共交通以及身缠过程管理等多个领域中国标准化管理部门（StandardizationAdministrationofChina,SAC）正着手建立RFID标准①参照ISO/IEC18000系列标准制定国家标准②于2007/4/20制定800/900MHz频段RFID技术应用试行之相关规定中国还未掌握RFID核心芯片技术，国内集成电路芯片和嵌入式软件的开发将是下一步国家扶持的重点。目前中国面临的比核心技术更重要的问题在于没有掌握技术标准。传输协议分类通讯网络大卖场商店物流产品生产包装移动网络专卖店、经销商工商、技监人员打假办、防伪办标签厂商RFID标签电话网络因特网消费者数据中心专用终端RFID读写器仓库餐饮酒店局域网广域网销售、生产、市场等管理人员RFID应用：商品防伪传输协议分类ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。协议详解一、内网协议2、ZigBee传输协议分类ZigBee的特点：低功耗低成本低速率近距离短时延高容量高安全免频段执照协议详解一、内网协议2、ZigBee图2ZigBee协议栈传输协议分类ZigBee的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场（低功耗），它有着广阔的应用前景。ZigBee联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50个ZigBee器件，最后将达到每个家庭150个。其应用领域主要包括：家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；商业：智慧型标签等；公共场所：烟雾探测器等；农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。协议详解一、内网协议2、ZigBee传输协议分类结合Zigbee和GPRS的无线数据传输网络图3传输协议分类蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。协议详解一、内网协议3、蓝牙传输协议分类协议详解二、内网协议对比分析协议子协议速率工作频段距离主要应用优点缺点RFIDRFIDUHF100kbps频段较多1-5米物流、军事、防伪等多种行业成本低、无功耗无处理能力，单向802.15802.15.1(蓝牙)1-3Mbps2.4GHz10m移动电子商务、数字电子设备、工业控制、智能化建筑、家庭及办公自动化功耗低、成本低、方便使用距离短、速度慢；以移动电话为中心，每网最多八个节点802.15.3（WiMedia）55Mbit/s2.4GHz10m电子数码产品实现高速率、瞄准的是消费类器件距离短802.15.4（ZigBee）250kbit/s2.4GHz100m家庭、楼宇自动化以及监控类应用可靠、低功耗（长电池寿命）、低成本和低速率距离短、速度最慢，安全性规范不完善表4内网协议对比分析传输协议分类Wi-Fi，是WirelessFidelity的缩写。它与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。Wi-Fi代表着无线保真，指802.11标准的IEEE802.11b子集。Wi-Fi支持高达11Mb/s的数据传输率，是迄今为止最常用的标准。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。与蓝牙对比：相同点：同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术；均可实现一对一互联（Wi-FiDirect设备支持）不同点：虽然在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，但是在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹；蓝牙主要面向以手机为中心的应用，而Wi-Fi则侧重组建无线局域网。协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.1通信方式传输协议分类（1）优势特点其一，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。根据无线网卡使用的标准不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高为11Mbps（部分厂商在设备配套的情况下可以达到22Mbps），IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.2分析传输协议分类协议详解三、外网协议1、Wi-Fi协议子协议时间速率工作频段距离优点缺点802.11(Wi-Fi联盟)802.1119972Mbps2.4GHz？第一个无线局域网标准速率和传输距离均有限802.11a199954Mbps5GHz45m具有较高的网络速率；信号不易被干扰成本较高；信号容易被障碍物阻隔802.11b199911Mbps2.4GHz100m成本低；信号辐射较好，不容易被阻隔带宽速率较低；信号容易受到干扰802.11g200354Mbps2.4GHz100m较高的网络速率；信号质量好，不容易被阻隔成本比802.11b高；电器设备可能会影响到2.4GHz频段信号802.11n2009300Mbps2.4GHz300m具有最快的网络速率和最广的信号覆盖范围；信号干扰影响较小成本较高；使用多个信号，容易干扰附件的802.11b/g网络表5Wi-Fi各子协议分析传输协议分类2G，是第二代手机通信技术规格的简称，一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话、和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信SMS（Shortmessageservice）在2G的某些规格中能够被执行。2G在美国通常称为PCS（PersonalCommunicationsService）。2G技术基本可被切为两种，一种是基于TDMA所发展出来的以GSM为代表，另一种则是CDMA规格，复用﹙Multiplexing﹚形式的一种。协议详解三、外网协议2、2G在世界范围内，2G主要包含5个标准：GSM：基于TDMA技术建立，起源于欧洲，是全球使用范围最广的网络；iDEN：基于TDMA技术建立，目前主要有两个iDEN网络，分别由美国的Nextel运营以及加拿大的TelusMobility运营。IS-136：基于TDMA技术建立，也就是通常所说的D-AMPS网络，在美国有运营商建网。IS-95：基于CDMA技术建立，也就是通常所说的CDMAONE网络，主要在美国以及亚洲部分国家或地区使用。PDC：基于TDMA技术建立，仅在日本地区使用。传输协议分类通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。2.5G是一种处于2G到3G的过渡阶段的通信技术，“2.5G”并不像“2G”、“3G”那样属于官方定义，只是一种为了细分2G通信技术的一种非官方的说法。通常我们所说的2.5G就是指GSM网络下的GPRS、EDGE技术以及CDMA网络下的CDMA20001x-RTT标准。（CDMA2000实际上有两个发展阶段，前一阶段为2G的1x-RTT标准，后一阶段为3G的EV-DO标准）。GPRS三大优点：高速数据传输永远在线仅按数据流量收费协议详解三、外网协议3、2.5G（GPRS）传输协议分类第三代移动通信技术（3rd-generation