物聯(lián)網(wǎng)核心設計關鍵之通信協(xié)議
除了支持“霧”層設備所用的各種物理層 連接性之外,物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關必須能夠支持每種類型物聯(lián)網(wǎng) (IoT)設備所用的協(xié)議。這些協(xié)議包括家庭自動化(Home AutomaTIon)、智能能源(Smart Energy)、802.11n、6LoPAN和多種其它協(xié)議。每種類型的協(xié)議需要一定數(shù)量的處理工作負載,以便管理每一種協(xié)議相關的協(xié)議堆棧。
1、家庭自動化(HA)一些家庭自動化標準,例如LonWorks、CEBus和X-10等都先后被業(yè)界的先驅(qū)們介紹引進。X-10產(chǎn)品應反應速度慢(在60赫茲供電系統(tǒng)中,傳送一個指令需時0.883秒),抗干擾性能差(這是由于信號載波在電力線中傳送造成的,在我國這個問題比較嚴重)等,這都給X-10的推廣應用帶來實質(zhì)性的困難。 CEBus是一個較完整的開放系統(tǒng),它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準,并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度 (10KBPS)傳送,從而有效地避免信號傳輸中可能出現(xiàn)的“瓶頸”問題,任何符合CEBus標準的電器產(chǎn)品都可以直接互連及通信,其尋址能力超過40 億,足可以與互聯(lián)網(wǎng)相比美。CEBus的抗干擾能力比X-10強,控制功能亦十分豐富,成為X-10的“最大挑戰(zhàn)者”。LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的Neuron芯片,該芯片內(nèi)置三個微處理器、并將操作系統(tǒng)、運作時間數(shù)據(jù)庫以及通信協(xié)議等都固化在芯片之內(nèi)。
2、智能能源 飛思卡爾開發(fā)了創(chuàng)新智能能源管理系統(tǒng)(Smart Energy Management System),由飛思卡爾提供關鍵器件和軟件,以及計量的協(xié)議庫,形成整個系統(tǒng)的各個節(jié)點,再利用聯(lián)永公司的云端技術。該完整方案可有效控制和管理能源消耗。
3、802.11n是在802.11g和802.11a之上發(fā)展起來的一項技術,最大的特點是速率提升,理論速率最高可達600Mbps(目前業(yè)界主流為300Mbps)。802.11n可工作在2.4GHz和5GHz兩個頻段。Wi-Fi聯(lián)盟在802.11a/b/g后面的一個無線傳輸標準協(xié)議,為了實現(xiàn)高帶寬、高質(zhì)量的WLAN服務,使無線局域網(wǎng)達到以太網(wǎng)的性能水平,802.11任務組N(TGn)應運而生。802.11n標準至2009年才得到IEEE的正式批準,但采用 MIMO OFDM技術的廠商已經(jīng)很多,包括TP-Link、D-Link、Airgo、UbiquiTI、Bermai、Broadcom以及杰爾系統(tǒng)、Atheros、思科、Intel等等,產(chǎn)品包括無線網(wǎng)卡、無線路由器等。
4、6LoWPAN IETF 6LoWPAN工作組的任務是定義在如何利用IEEE 802.15.4鏈路支持基于IP的通信的同時,遵守開放標準以及保證與其他IP設備的互操作性。
由于無線物聯(lián)網(wǎng)中的設備很多都是資源受限型的,這些設備只有少量的內(nèi)存空間和有限的計算能力。為此,IETF的CoRE工作組為受限節(jié)點制定相關的REST形式的應用層協(xié)議。這就是CoRE工作組正在制訂的CoAP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議棧不適用于資源受限的設備,因此提出了一種6LoWPAN協(xié)議棧。CoAP是6LoWPAN協(xié)議棧中的應用層協(xié)議。6LoWPAN使IPv6可用于低功耗的有損網(wǎng)絡,它是基于IEEE802.15.4標準的。6LoWPAN協(xié)議棧如圖1(下圖)所示。
協(xié)議棧的下兩層用802.15.4PHY/MAC,中間加一個IPv6-6LoWPAN適配層,傳輸層使用UDP協(xié)議,應用層使用CoAP協(xié)議。它包括REST的最小子集和到HTTP的無狀態(tài)映射。通信主機使用CoAP協(xié)議,能夠支持穩(wěn)定的通信架構,以實現(xiàn)傳感器節(jié)點與互聯(lián)網(wǎng)的無線連接
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