知识点碎片一，物联网通信协议和技术

1. 前言

• 本文属于老吴个人对物联网研发学习的路线整理，属于个人对物流网产品研发的知识碎片的学习，文章没有先后顺序，随笔记录。
• 文章如果有错误，希望各位读者指出问题所在，老吴将不胜感激。

2. 名称概述

2.1 物联网通信

1. 通信协议，通信双方在进行数据交换时所遵循的规则和约定，定义了 数据的格式、传输方式、错误处理 等方面的内容，以确保通信双方能够正确地 、理解和处理对方发送的数据。
2. 先要了解物联网，就先需要搞清楚 互联网是什么，互联网通常是指网络，也可以使网络与网络之间串联成的庞大网络 （逻辑上），这些网络与网络连接需要，以一组 通用的协议 。这里面最重要的 通信协议，它可以使网络中的众多设备进行数据传输，保持 “通话” 。
   • 我们会接触到的，个人PC，网关，交换机、路由器等，网络设备、还有作为数据存储的服务器 和 数不尽的计算机、终端。

2.1.1 设备之间通信

1. 通信过程就是信源产生信息，并通过信道将信息传输到信宿，进行信息处理
   • 信息通信三要素： 信源，信道，信宿。
2. 通信信道所用的介质是多样的，最为常用的有通信电缆、无线电波、光纤。
   • 由于信道上只能传输模拟信号波形，因此，每个信道两端都要有专用的设备来完成信息与信号之间的转换以及两个设备之间的数据收发的过程控制。这些设备统称为通信设备。
3. 通信系统通常把具有数据收发及控制功能的设备称为节点。

• 节点按照其功能分为3类： 第1类称为通信终端，它只是用来产生或处理信息数据并能进行数据通信；第2类称为接入点，它只用来与通信终端进行数据传输并将通信终端的数据中继给其他通信设备，其本身并不产生信息数据；第3类称为交换机或路由器，它只是用来中继不同去向的数据，将数据送达目的接入点

4. 从节点功能来分，物联网的通信系统由3个部分组成，分别是测量系统（信源）、传输系统（信道）和处理系统（信宿）。

2.2 物联网的体系架构(按照操作分层)

1. 特征如下图：
   
   • 全面感知： 利用传感器、RFID电子标签、二维码、摄像头等能够随时随地获取物体的各种信息。
   • 可靠传输： 通过各种电信网络和互联网的融合，将感知的各种信息进行实时准确的传递。
   • 智能处理： 利用云计算、数据挖掘等智能计算技术，及时对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化管理。
2. 业界公认的物联网体系架构主要由3层组成：感知层（感知控制层）、网络层和应用层。
   

2.2.1 感知层

1. 感知层，是物联网体系架构的最底层，负责感知和采集物理世界的信息，包括各种传感器和执行器。感知层将采集到的信息通过各种通信技术传输到网络层。
   • 传感器系统、标识系统、卫星定位系统以及相应的信息化支撑设备组成了感知层的基础部件，其功能主要是采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频和视频数据等。
   • 感知层的关键技术包括传感器技术、RFID技术和传感器网络技术等。

2.2.2 网络层

1. 网络层，将来自感知层的信息通过各种 承载网络传送到应用层。
   • 承载物联网的核心部分，它通过各种传输协议和通信技术对感知层和应用层进行交互连接。这一层的主要任务是处理物联网的数据传输和路由，以实现物联网各个节点之间的互联互通。
   • 网络层包括2G/3G/4G/5G通信网络、Wi-Fi、互联网等，信息可以经由任何一种网络或几种网络组合的形式进行传输。网络层还包括物联网的管理中心和信息中心，这些部门有助于提升对信息的传输和经营能力。
2. 网络层的关键技术包括高/低速、近/远距离无线通信技术，低功耗路由技术，自组织通信技术，IP承载、网络传送技术，异构网络融合接入技术，以及认知无线电技术。

2.2.3 应用层

（ServiceOrientedArchitecture，SOA）

2.2.4 三层之间关系

通过低功耗蓝牙（BLE）、Wi-Fi、Zigbee 等协例如 Zigbee、Z-wave、6LoWPAN、NB-IoT、LoRa 等RESTful、JSON、XML，Zigbee/FDD-LTE 等协议和技术

2.2.5 参考模型与物联网构架

（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）OpenSystemInterconnection，OSI

3. 物联网通信技术

3.1 通讯协议

TCP/IP

• 常见结构中的协议，不做深入了解。
  

3.1.1 应用层协议

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）：CoAP（Constrained Application Protocol）：UDP和DTLSDDS（Data Distribution Service）：XMPP（Extensible Messaging and Presence Protocol）：AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）：常用的 AMQP 客户端库有 RabbitMQ（Java、Python、C++等）、Qpid Proton（C）等。HTTP/HTTPS（Hypertext Transfer Protocol/Secure）：WebSockets：FTP（File Transfer Protocol）

3.2 通信技术

物理层（Physical Layer）和数据链路层（Data Link Layer）通信技术：

1. Wi-Fi：

   • 概述：无线局域网技术，通过2.4 GHz或5 GHz频段进行高速数据传输，支持设备之间的无线连接和互联网接入。
   • 使用场景：智能家居、商业场所、公共区域等需要无线网络连接的场景。
   • 特点：高速数据传输、便于部署、广泛应用、适合中距离通信。
   • 举例：智能音箱通过Wi-Fi与家庭网络连接，实现语音控制和音频流媒体播放。

2. RFID：无线射频识别技术，是一种短距离传输技术。它首先在产品中嵌入电子芯片（也称电子标签），然后通过射频信号自动将产品的信息发送给读写器进行识别。使用射频信号识别和读取物体上的标签信息，无需直接接触。

   • 使用场景：物流跟踪、库存管理、身份认证等需要标签识别的应用场景。
   • 特点：非接触式识别、快速读取、适用于短距离传输和低功耗应用。
   • 举例：超市的商品管理系统使用RFID标签进行库存追踪和商品识别。

3. NFC：

   • 概述：近场通信技术，用于快速、短距离的无线通信，适用于设备之间的点对点通信和设备与被动标签之间的通信。
   • 使用场景：移动支付、身份认证、智能门锁等需要近距离传输小量数据的场景。
   • 特点：短距离传输、安全性高、快速简便、适用于移动设备。
   • 举例：手机通过NFC与POS终端进行移动支付，实现近场传输和安全交易。

4. ZigBee：

   • 概述：低功耗无线通信技术，基于IEEE 802.15.4标准，主要用于低功耗、低数据率的个人区域网络。
   • 使用场景：智能家居、传感器网络、工业自动化等需要低功耗、短距离通信的场景。
   • 特点：低功耗、短距离传输、支持多设备连接、自组织网络。
   • 举例：智能照明系统使用ZigBee协议进行设备之间的互联和控制。

网络层（Network Layer）和应用层（Application Layer）通信技术：

工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段，使用IEEE802.15协议，数据传输速率为1MB/s，

其他通信技术和协议：

1. GSM、GPRS、3/4/5G网络：

   • 概述：移动通信技术，适用于广域网覆盖和无线数据传输，提供不同速率和服务质量的通信网络。
   • 使用场景：移动通信、远程数据传输、互联网接入等不同速率和服务质量需求的场景。
   • 特点：广域网覆盖、多种服务类型、不同速率的数据传输。
   • 举例：智能手机通过4G网络进行互联网访问、视频通话和移动支付。

2. Ethernet、RS232、RS485、USB：

   • 概述：有线通信技术和接口协议，用于设备之间的数据传输和连接。
   • 使用场景：计算机网络、工业自动化、设备连接等多种有线通信需求。
   • 特点：稳定可靠、高速数据传输、适用于距离较近的设备连接。
   • 举例：计算机通过以太网连接到局域网，实现数据传输和互联网接入。

• 总的来说，这些通信技术在不同的物联网场景中发挥着重要作用。根据应用需求和设备性能要求，可以选择合适的通信技术和协议，以实现稳定、可靠且高效的通信。技术和协议的选择也需要考虑到通信层级，从物理层到应用层，确保通信的完整性和一致性。