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IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

发布时间:2019-09-07 01:31 所属栏目:[教程] 来源:amap_tech
导读:导读 近年来,物联网市场竞争激烈,从物联网平台厂商,设备生产商,到服务提供商,都在涌入这片红海。预计到2020年,全球联网设备数量将达到260亿个,年复合增长率达到20%;全球联网设备带来的数据将达到44ZB,这一数据将是2012年的22倍,年复合增长率48%。

导读

近年来,物联网市场竞争激烈,从物联网平台厂商,设备生产商,到服务提供商,都在涌入这片红海。预计到2020年,全球联网设备数量将达到260亿个,年复合增长率达到20%;全球联网设备带来的数据将达到44ZB,这一数据将是2012年的22倍,年复合增长率48%。

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

物联网时代对网络的需求

物联网系统层次

物联网系统从架构上划分为三个层次:感知层、网络层、应用层:

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

感知层:解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题,由各种传感器以及传感器网关构成。该层被认为是物联网的核心层,主要是物品标识和信息的智能采集,它由基本的感应器件(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如RFID网络、传感器网络等)两大部分组成。该层的核心技术包括低速和中高速短距离传输技术、自组织组网技术、协同信息处理技术,传感器网络中间件技术等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。

传输层:也被称为网络层,解决的是感知层所获得的数据的接入和传输功能,是进行信息交换、传递的数据通路。物联网传输层分为有线通信传输层和无线通信传输层。有线通信技术包括中长距离的广域网络和短距离的现场总线;无线通信层分为长距离的无线局域网、中短距离的无线局域网和超短距离的无线局域网。而由于物联网的网络层承担着巨大的数据量,并且面临更高的服务质量要求,物联网需要对现有网络进行融合和扩展,利用新技术以实现更加广泛和高效的互联功能。

应用层:也可称为处理层,解决的是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理,并通过各种设备与人进行交互。处理层由业务支撑平台(中间件平台)、网络管理平台(例如M2M管理平台)、信息处理平台、信息安全平台、服务支撑平台等组成,完成协同、管理、计算、存储、分析、挖掘、以及提供面向行业和大众用户的服务等功能,典型技术包括SOA技术、海量存储、分布数据处理、数据挖掘、信息管理等先进技术可被广泛采用。

在各层之间,信息不是单向传递的,可有交互、控制等,所传递的信息多种多样,包括在特定应用系统范围内能唯一标识物品的识别码和物品的静态与动态信息。

尽管物联网在环境监测、智能电力、智能交通、工业监控、智能家居等经济和社会各个领域的应用特点千差万别,但是每个应用的基本架构都包括感知、传输和应用三个层次,各种行业和各种领域的专业应用子网都是基于三层基本架构构建的。

物联网接入协议与传输协议的区别

我们将物联网通信协议分为两大类,一类是接入协议,一类是传输协议:

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

接入协议一般负责子网内设备间的组网及通信,接入协议大多都不属于TCP/IP协议族,只能用于设备子网(设备与网关组成的局域网)内的通讯;传输协议主要是运行在传统互联网TCP/IP协议之上的设备通讯协议,负责设备通过互联网进行数据交换及通信。

采用接入协议的物联网设备,需要通过网关进行协议转换,转换成通讯协议才能接入互联网。而采用通讯协议的物联网设备,则可以直接接入互联网。

常用的接入协议包括Wi-Fi、RFID、NFC、ZigBee、Bluetooth、LoRa、NB-IoT、GSM、GPRS、3/4/5G网络、Ethernet、RS232、RS485、USB等等;常用的通讯协议包括HTTP、CoAP、MQTT、XMPP、AMQP、JMS等。接入协议位于网络层次架构中的物理/数链层,通讯协议位于应用层。

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

物联网接入协议和通讯协议区别如下:

IoT时代:Wi-Fi“配网”技术剖析总结

那么,既然有了可以直接接入互联网的通讯协议,那么接入协议的意义何在呢?接入协议的优势说起了,相对于通讯协议,接入协议所依赖的硬件资源要求更低,功耗更低,网络传输的数据量也更小,因此,在控制领域等一些场景中更具优势。

这些场景中,物联网设备往往没有外接电源,因此要求功耗尽可能低,比如,一节纽扣电池能够供电一年左右。这样的要求是HTTP等协议的所需的硬件环境难以胜任的。

常用的几种物联网接入协议

目前市场上常见的接入协议有ZigBee、蓝牙以及Wi-Fi协议等:

ZigBee目前在工业控制领域应用广泛,在智能家居领域也有一定应用。它有以下主要优势:

  1. 低成本:ZigBee协议数据传输速率低,协议简单,所以开发成本也比较低。并且zigbee协议还免收专利费用。
  2. 低功耗:由于ZigBee协议传输速率低,节点所需的发射功率仅1mW,并采用休眠+唤醒模式,功耗极低。
  3. 自组网:通过ZigBee协议自带的mesh功能,一个子网络内可以支持多达65000个节点连接,可以快速实现一个大规模的传感网络。
  4. 安全性:使用crc校验数据包的完整性,支持鉴权和认证,并且采用aes-128对传输数据进行加密。

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