цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Обзор протоколов связи Интернета вещей


Обзор протоколов связи Интернета вещей

Автор: Mike(admin) от 15-06-2022, 23:55

Протоколы Интернета вещей


Одним из основных столпов Интернета вещей (IoT) является его возможность связи. Он состоит из огромной сети элементов, как объектов, так и людей разного размера и формы, которые связаны между собой для сбора и обмена информацией. Как правило, информация собирается и используется для автоматизации или помощи в принятии решений. Из-за разнообразия типов данных и приложений требуются различные коммуникационные и сетевые протоколы.


В этой статье мы рассмотрим основные характеристики некоторых основных протоколов IoT, а также некоторые их плюсы и минусы.


Параметры связи Интернета вещей


Прежде чем развернуть решение IoT, важно знать ограничивающие факторы каждой технологии. Протоколы связи – это набор правил, установленных между узлами для надежного и безопасного обмена информацией. Вот некоторые из основных аспектов протоколов связи.


Скорость или скорость передачи данных: количество информации, которое должно быть передано в течение определенного периода времени. Обычно выражается в бит/с (бит в секунду), кбит/с, Мбит/с или Гбит/с.


Диапазон: максимальное расстояние между двумя взаимодействующими узлами. В основном он зависит от мощности передачи, используемой полосы частот и типа модуляции. На него также могут влиять метеорологические условия или физическое размещение узлов. На следующем рисунке вы можете увидеть примерный график зависимости скорости передачи данных от диапазона различных сетевых протоколов IoT.


Обзор протоколов связи Интернета вещей

Энергопотребление: количество энергии, которое требуется узлу для работы в течение срока его службы. Этот параметр определяет потребность в постоянном питании или использовании батареи. Поскольку во многих приложениях используются батареи, энергопотребление является критическим параметром. Это означает, что данный фактор повлияет на другие элементы, такие как количество датчиков или мощность передачи данных. Кроме того, поскольку срок службы батарей ограничен, энергопотребление может иметь прямое влияние на стратегию технического обслуживания.


Интероперабельность: возможность обмениваться информацией между узлами, даже если они относятся к разным типам.


Масштабируемость: определяет возможность развертывания большего количества узлов, увеличения числа конечных пользователей, а также объема данных для хранения и обработки без необходимости миграции технологии.


Стоимость: цена установки и обслуживания конкретной технологии. Энергопотребление, техническое обслуживание и масштабируемость оказывают большое влияние на стоимость сети.


Топология сети: способ, которым узлы взаимодействуют друг с другом. Топологии могут быть такими же, как и в традиционных сетях. «Звезда», «сетка», «точка-точка» и «точка-многоточка», вот некоторые примеры топологий, которые можно увидеть на следующем рисунке.


Обзор протоколов связи Интернета вещей

Основы протоколов Интернета вещей


Протоколы позволяют узлам иметь структурированный способ взаимодействия между собой. Поскольку потребности и варианты использования устройств IoT за последние несколько лет быстро изменились, то же самое произошло и с протоколами. Всего существует два основных типа протоколов: сетевой и протокол данных. Эта классификация исходит из модели OSI (взаимосвязи открытых систем), широко используемой в коммуникационных сетях ИТ. Далее вы можете получить общее представление об основных сетевых протоколах IoT.


Bluetooth: этот протокол работает на частоте 2,4 ГГц и может использоваться для приложений с малым радиусом действия (менее 100 м). Еще одним шагом вперед в его развитии является Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), который представляет собой значительное снижение мощности, необходимой для этого протокола. Протокол Bluetooth может быть полезен для передачи небольших объемов данных от датчиков или носимых устройств. Пример схемы сети узла можно увидеть на следующем рисунке.


Обзор протоколов связи Интернета вещей

Сотовая связь: существующая сотовая инфраструктура также может использоваться для расширения коммуникационных возможностей узлов IoT. В зависимости от выбранного диапазона и конкретной технологии ее может хватить как для приложений с низким энергопотреблением (например, 2G), так и для приложений с высокой скоростью передачи данных (например, LTE). Кроме того, существуют подтипы сотовой связи, такие как LTE-M и NB-IoT, которые были созданы для обеспечения большей пропускной способности или меньшего энергопотребления соответственно.


LoRaWAN: это протокол с низким энергопотреблением и глобальной сетью (LPWA), разработанный для систем с батарейным питанием. Он работает в субгигагерцевых частотах 433/868/915 МГц и в пределах 2,4 ГГц. Сети LoRaWAN обычно следуют звездообразной топологии, элементами которой являются конечные узлы, шлюзы и набор серверов. Эталонную модель OSI можно увидеть на следующем рисунке.


Обзор протоколов связи Интернета вещей

Связь ближнего поля (NFC): NFC работает в диапазоне частот 13,56 МГц, а диапазон составляет несколько сантиметров. Этот тип передачи данных используется для расширения тесного контакта элементов связи. В NFC есть активный узел (например, смартфон), генерирующий радиочастотное поле, которое активирует метку. Он работает в полосе частот 13,56 МГц и в диапазоне нескольких сантиметров.


Sigfox: Sigfox использует сверхузкую полосу (UNB) и работает в диапазонах ISM, требуя выделенной инфраструктуры. Это означает, что его можно использовать глобально, но необходим локальный оператор.


Wi-Fi. Работая на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц, Wi-Fi широко используется благодаря своей распространенности и высокой скорости передачи данных. Его основным недостатком является высокое энергопотребление, поэтому он не часто используется в приложениях с батарейным питанием.


Wi-Sun: Wi-Sun – это протокол полевой сети (FAN), созданный Wi-Sun Alliance и предназначенный для обеспечения низкого энергопотребления и задержки. Он работает в частотных диапазонах ниже ГГц, а также в диапазоне 2,4 ГГц благодаря ячеистой топологии.


ZigBee: этот протокол связи работает в диапазоне 2,4 ГГц на небольшом расстоянии (менее 100 м) в ограниченных зонах. ZigBee предназначен для передачи небольших объемов информации, а именно там, где требуется действительно низкая задержка, и широко используется в промышленности и потребительских приложениях. ZigBee RF4CE был создан для замены ИК-пультов дистанционного управления (например, телевизоров и DVD-систем) и устранения необходимости наличия прямой видимости между пультом дистанционного управления и устройством.


Z-wave: предназначен для приложений домашней автоматизации (как показано на следующем рисунке), работает в диапазонах частот ISM и со скоростью до 100 Кбит/с. Его приложения следуют топологии ячеистой сети.


Обзор протоколов связи Интернета вещей

В следующей таблице показаны основные характеристики перечисленных протоколов связи, упорядоченные по диапазону.


Обзор протоколов связи Интернета вещей



© digitrode.ru


Теги: Интернет вещей




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий