物联网网络都有哪些不同的协议类型？

IoT 设备用于相互通信数据的通信技术称为 IoT 网络。物联网网络的一些例子是蜂窝网络，如 LTE-M 和 NB-IoT、WiFi、低功耗蓝牙、Sigfox、LoraWAN、Zigbee、RFID 和以太网。物联网设备通常通过无线通信技术连接。在极少数情况下，您可能会发现通过以太网连接的物联网设备。虽然 MQTT、CoAP、AMQP 等物联网协议运行在互联网的应用层，但这些通信技术适用于互联网架构的网络层。物联网是第四次工业革命的支柱。工业 4.0 就是工业物联网 (IIoT)。

在设计物联网应用程序时，首先需要决定的是选择网络。物联网网络的选择通常取决于用例。物联网网络可分为以下四大类。

1. LTE-M、NB-IoT 等蜂窝网络。
2. LAN/PAN，如蓝牙、WiFi 等。
3. LPWAN，如 LoRaWAN、Sigfox 等。
4. Mesh 协议，如 RFID、ZigBee、Z-wave 等。

物联网网络的分类有助于为特定应用筛选它们。具体物联网网络的选择可能取决于所需的覆盖区域、成本、设备环境、物联网设备的密度、功耗、机器对机器通信的性质、所需的网络带宽、安全性等。在本文中，我们将讨论物联网网络的广泛类别以及一些流行的网络。

蜂窝网络（3G、4G、5G、下一代 5G） 3G、4G 和 5G 等蜂窝网络已经在消费者移动市场中盛行。与任何其他无线技术相比，蜂窝网络的覆盖范围最大。然而，这些网络具有高运营成本和高功耗。尽管覆盖范围广、带宽宽，但蜂窝网络通常并不适用于物联网设备，原因仅在于其成本高和功耗大。对于电池供电的物联网设备，蜂窝网络确实得到了明确的拒绝。尽管如此，蜂窝网络仍适用于其他通信技术无法适用的某些特定用例。

例如，如果没有蜂窝网络，自动驾驶汽车、互联医疗基础设施、实时视频监控、运输车队管理和时间敏感的工业自动化是不可能实现的。这些应用程序不仅需要频繁的数据通信，而且涉及的数据量也太大了。同样，在这些应用程序中通信的物联网设备需要非常远的部署。蜂窝网络无处不在，并提供宽带宽，尽管存在成本和功耗方面的缺点，但仍适用于此类用例。这些应用程序中的大多数每天都需要高负载的流数据。由于蜂窝网络能够提供大于 380kbps 的数据速率和 5~20MHz (3G/4G) 的带宽，因此高负载和流媒体都不是问题。

LPWAN

蜂窝网络不适合电池供电的应用以及机器对机器的通信。连接远程部署的物联网设备的可行解决方案是低功耗无线局域网 (LPWAN)。有许可和非许可的 LPWAN。获得许可的包括NB-IoT和LTE-M。非授权的包括 Sigfox 和 LoRaWAN。虽然 LPWAN 允许电池供电的物联网设备进行远距离通信，但由于带宽较低，只能通过这些技术传输少量数据。与蜂窝网络相比，LPWAN 具有多项优势。比如，这些网络很便宜，可以集成到小电路中。与蜂窝网络不同，这些网络可以使用电池运行数年。

NB-IoT

NB-IoT 是一种获得许可的 LPWAN，允许每天以 180MHz 的带宽进行无限制的有效载荷通信。这种窄带物联网协议成本低，功耗中等。NB-IoT 设备不需要任何网关，可以直接与服务器通信数据。凭借 200kbps 的数据速率和每天无限的有效负载，NB-IoT 允许大量连接。尽管该协议在更大程度上不支持移动性，但它以在室外和室内的良好性能而闻名。

LTE-M

LTE-M 是一种许可的 LPWAN，它基于使用 LTE 基站在物联网设备之间进行通信。LTE-M 也称为 Cat-M1，提供更高的带宽，允许大规模连接密度甚至 VoIP 等应用程序运行。与NB-IoT相比，LTE-M设备功耗更高，需要网关与服务器通信。与 NB-IoT 设备相比，这些设备也更昂贵。

LoRaWAN

由 LoRa-Alliance 维护，LoRaWAN 提供 15 公里的覆盖范围。这种非许可 LPWAN 的带宽为 125~500 KHz，数据速率高达 27 kbps。它在免费的 ISM 频段上运行。由于功耗较低，LoRa 最适用于电池供电的工业物联网设备。LoRa 设备可以使用电池运行长达 10 年。由于未获得许可，LoRa 网络确实存在局限性。他们只能使用 1% 的带宽。通常情况下，LoRa 一天最多允许上行传输 140 条 12 字节的消息。关于下行链路有更大的灵活性。数据总是以 12 字节的数据包传输。LoRa 最适合电池供电的传感器网络，其中控制器大部分时间处于睡眠模式并间歇性地传输传感器数据。

Sigfox

由全球通信服务提供商 Sigfox 维护，Sigfox 是一种非许可 LPWAN。它的带宽为 200 kHz，是一种超窄带 (UNB) 技术。它基于与 LoRaWAN 相同的 ISM 频段。它允许覆盖 30~50 公里。Sigfox 一天最多允许上行传输 140 条 12 字节的消息。下行链路每天限制为 4 条消息。尽管数据速率较低且带宽较窄，但 Sigfox 具有全球覆盖的优势。

LAN/PAN 局域网

(LAN) 和个域网 (PAN) 的覆盖范围仅限于建筑物或小型场所等本地环境。蓝牙/BLE 和 WiFi 是两种最突出的无线局域网技术。尽管覆盖范围小，但这些技术具有高带宽和出色的数据传输速率。

蓝牙/低功耗

蓝牙 蓝牙和低功耗蓝牙是短距离通信技术。BLE 专为消费者物联网应用而设计。它可用于点对点和点对多点数据通信。它主要用于智能手表和智能家居设备与手机或智能集线器进行通信。新的蓝牙网状网络规范增加了 BLE 网络的可扩展性。凭借低能耗和低功耗，蓝牙信标网络可用于零售店的消费者服务，如店内导航、个性化和内容交付。

WiFi

WiFi 网络提供高带宽和出色的数据传输速率，但代价是高功耗和有限的覆盖范围。由于覆盖范围有限、功耗高和缺乏可扩展性，WiFi 网络从未用于工业物联网应用。由于 WiFi 网络主要作为家庭宽带服务提供，因此可用于智能家居和家庭安全应用。最新一代 WiFi – WiFi 6.0 适用于零售应用和面向数字移动服务的开放式 WiFi 基础设施。

Mesh协议

Mesh协议最适合低距离分布式网络，如传感器网络和低距离工业物联网。数据被传送到网关或中央集线器。这些通信技术是适用于室内应用的强大解决方案。

Zigbee

Zigbee 是一种流行的非许可网状协议，广泛用于分布式物联网应用。这是一种覆盖不到 100 米距离的短程协议。在工业应用中，它直接与 LPWAN 进行比较。与 LPWAN 相比，Zigbee 提供更高的数据传输速率和更高的电源效率。如果短距离不是问题，Zigbee 设备可以运行数年而无需更换电池。由于 Zigbee 设备在网状拓扑结构中运行，即使网络中的设备关闭或出现故障，网络也会通过其他设备路由通信来保持运行。除了 WiFi，Zigbee 还广泛用于家庭自动化。

Z-wave

Z-wave 也是一种类似 Zigbee 的网状协议。它具有更高的覆盖范围，专为智能家居和家庭监控等应用而设计。Z-wave 使用不受 WiFi 信号干扰的低频无线电波。与 Zigbee 相比，Z-wave 是专有技术，需要许可证才能使用。Z-wave 设备的一个问题是互操作性。Z-wave 在欧洲和美国的不同频段运行。

RFID

RFID主要用于资产跟踪。RFID 标签在短距离内传输最少的数据，通常用于识别。对于读取 RFID 标签，不需要视线，就像条形码一样。该技术广泛应用于零售和物流领域。RFID 的一些流行应用包括供应链管理、资产跟踪、电子护照、自动结账、人体植入、医疗监控、安全访问控制和支付系统。在印度，FASTag 是一种无源 RFID 技术，用于自动化通行费支付。

结论

有几种不同的物联网网络。这些通信技术可大致分为蜂窝网络、LPWAN、LAN/PAN 和 Mesh 技术。分类主要基于覆盖范围和带宽。大多数物联网网络都是无线通信技术。每一类物联网网络都有自己的优缺点。在筛选出合适的类别后，物联网开发人员可以根据成本、设备环境、安全性、设备密度、数据带宽、数据传输速率、数据频率、服务质量、网络架构、和管理。