广域物联网基础知识梳理

一、物联网基本概念

　　1、定义：物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理的一种网络。

　　2、物联网的体系结构

　　（1）感知层是整个物联网系统的数据基础。它利用传感器获得被测量(物理量、化学量或生物量)的模拟信号，并负责把模拟信号量转换成数字，也包括从电子设备（如串口设备）中采集到的直接的数字，最终由传输层转发到应用层。

　　（2）网络层主要负责传递和处理感知层获取的信息，分为有线传输和无线传输两大类， 其中无线传输是物联网的主要应用。

 　  （3）平台层在整个物联网体系架构中起着承上启下的关键作用，它不仅实现了底层终端设备的“管、控、营”一体化，为上层提供应用开发和统一接口，构建了设备和业务的端到端通道，同时，还提供了业务融合以及数据价值孵化的土壤，为提升产业整体价值奠定了基础。

　　在物联网中，平台层也有类似的分层关系，按照逻辑关系由分为连接管理平台CMP（Connectivity Management Platform）、设备管理平台DMP（Device Management Platform）、应用使能平台AEP（Application Enablement Platform） 和业务分析平台BAP（Business Analytics Platform）等四部分。

　　（4）应用层：丰富的应用是物联网的最终目标，未来基于政府、企业、消费者三类群体将衍生出多样化物联网应用，创造巨大社会价值。

二、物联网协议（参考https://www.cnblogs.com/tuyile006/p/7239917.html；https://blog.csdn.net/mouse1598189/article/details/86681152）

　　物联网协议一般分为两大类，一类是传输协议，一类是通信协议。传输协议一般负责子网内设备间的组网及通信；通信协议则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。

1、基础设施相关协议

　　（1）IPv6：用于分组交换网络互联的互联网层协议，并提供跨多个IP网络的端到端数据报传输。

　　（2）6LoWPAN：IPv6低功耗无线个人局域网的首字母缩写。该协议仅在2.4 GHz频率范围内运行，传输速率为250 kbps。

　　（3）UDP （用户数据报协议）： 一种简单的OSI（开放式系统互联通信参考模型）传输层协议，用于基于Internet协议（IP）的客户端/服务器网络应用程序，UDP通常用于专门针对实时性能调整的应用程序。

　　（4）QUIC （Quick UDP Internet Connectionsk）支持通过用户数据报协议（UDP）在两个端点之间建立一组多路复用连接，旨在提供与TLS / SSL等效的安全保护，同时减少连接和传输延迟，以及每个方向的带宽估计以避免拥塞。

　　（5）uIP ：一个开源TCP / IP堆栈，能够与微型8位和16位微控制器一起使用。

　　（6）DTLS （数据报传输层）：为数据报协议提供通信隐私。该协议允许客户端/服务器应用程序以防止窃听，篡改或消息伪造的方式进行通信。

　　（7）时间同步网格协议 （TSMP）：一种用于称为节点的无线设备的自组织网络的通信协议。TSMP设备彼此保持同步并在时隙中进行通信，类似于其他TDM（时分复用）系统。

2、识别相关协议

　　（1）mDNS （多播域名系统）：将主机名解析为不包含本地名称服务器的小型网络中的IP地址。

　　（2）物理Web：通过物理Web，您可以使用蓝牙低功耗（BLE）信标查看由您周围环境中的对象广播的URL列表。

　　（3）HyperCat ：一种开放，轻量级的基于JSON的超媒体目录格式，用于公开URL集合。

　　（4）UPnP （通用即插即用）：允许联网设备无缝地发现彼此在网络上的存在，并为数据共享，通信和娱乐建立功能性网络服务。

3、数据协议（应用层协议）

　　（1）MQTT （消息队列遥测传输）：以极轻量级的方式启用发布/订阅消息传递模型。对于需要小代码占用空间和/或网络带宽非常宝贵的远程位置的连接非常有用。

　　（2）MQTT-SN （传感器网络的MQTT） ：专为机器对机器和移动应用而设计的开放轻量级发布/订阅协议。

　　（3）CoAP（约束应用协议）：一种应用层协议，旨在用于资源受限的互联网设备，如WSN节点。CoAP旨在轻松转换为HTTP，以简化与Web的集成。

　　（4）SMCP：基于CoAP协议栈，其适合于嵌入式环境。

　　（5）STOMP ：面向简单文本的消息传递协议。

       （6）XMPP （可扩展消息传递和在线协议）：一种用于实时通信的开放技术，支持广泛的应用，包括即时消息，在线状态，多方聊天，语音和视频呼叫，协作，轻量级中间件，内容联合以及XML数据的通用路由。

　　（7）AMQP （高级消息队列协议）：面向消息的中间件的开放标准应用层协议，AMQP的定义特征是消息定向，排队，路由（包括点对点和发布 - 订阅），可靠性和安全性。

　　（8）DDS （实时系统数据分发服务）：第一个直接解决实时和嵌入式系统发布 - 订阅通信的开放式国际中间件标准。

　　（9）JMS（Java消息服务）：用于在两个或多个客户端之间发送消息的Java消息中间件（MOM）API。

　　（10）LLAP （轻量级本地自动化协议）：LLAP是一个简单的短消息，使用普通文本在智能对象之间发送。

　　（11）LWM2M （轻量级M2M：开放移动联盟中的系统标准。

　　（12）SSI （简单传感器接口）：一种简单的通信协议，专为计算机或用户终端与智能传感器之间的数据传输而设计。

　　（13）REST：表述性状态传递，是基于HTTP协议开发的一种通信风格。

　　（14）SOAP （简单对象访问协议）：是一种轻量的、简单的、基于XML（标准通用标记语言下的一个子集）的协议，它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息。

　　  (15）Websocket： 作为HTML5计划的一部分开发的WebSocket规范引入了WebSocket JavaScript接口，该接口定义了一个全双工单插槽连接，通过它可以在客户端和服务器之间发送消息。WebSocket标准简化了双向Web通信和连接管理的复杂性。

4、近距离通信协议

　　（1）RFID：RFID的空中接口通信协议规范基本决定了RFID的工作类型，RFID读写器和相应类型RFID标签之间的通讯规则，包括：频率、调制、位编码及命令集。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议。

　　（2）NFC：Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在10厘米内）交换数据。

　　（3）蓝牙：蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段，标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz频带，带宽为1Mb/s。

5、远距离蜂窝通信协议主要是2/3/4/5G、NB-IoT等技术下的各电信运营商采用的制式、协议。

6、远距离非蜂窝通信协议

　　（1）ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展（依靠节点数增加）。ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，每个ZigBee网络“基站”（节点）却不到1000元人民币。

　　（2）LoRa™(Long Range，远距离)是一种调制技术，与同类技术相比，提供更远的通信距离。由于LoRa调制是物理层（PHY），因此也可将其用于不同的协议和不同网络架构（如Mesh、Star、点对点）等等。

7、有线通信协议

　　（1）USB：

　　　　USB协议规范1.1——支持USB低速和全速规范（12Mbps）

　　　　USB协议规范2.0——支持USB高速协议规范(480Mbps)

　　　　USB协议规范3.0——支持USB超高速协议规范（5Gbps）

　　（2）RS232是一种异步传输标准接口协议。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现 。RS232最常用的连接方式是三根线：一条发送线、一条接收线及一条地线。RS232不能实现多机通信。传输速率：RS232的传输速率较慢，能够达到1Mbps的已经比较少。一般用于20m以内的通信。

　　（3）RS485是RS232升级版的串口协议，一般采用两线制传输：A、B两条传输线。传输距离：一般1Km以内都没有问题。理论上，通信速率在100Kpbs及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。RS485可以实现多机通信。

　　（4）Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。