物聯網網路協議

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物聯網 (IoT) 是關於將感測器裝置網路即時連線到網際網路。物聯網裝置透過網路相互通訊，因此需要制定某些標準和規則來確定如何交換資料。這些規則稱為物聯網網路協議。如今，各種各樣的物聯網裝置都已上市，因此設計了不同的協議。

根據物聯網應用的功能，其工作流程或架構會有所不同。基本架構包括四個層，即**感知層、網路層、資料處理層和應用層**。

感知層包含所有收集資訊的硬體，例如感測器、執行器、晶片等。此層透過協議連線到後續層，即網路層。網路層使用蜂窩網路、Wi-Fi、藍牙、Zigbee等網路協議允許裝置之間進行通訊。物聯網裝置收集的資料使用資料分析和機器學習演算法在資料處理層進行處理。此處理後的資料可以透過應用層提供的網頁門戶、應用程式或介面顯示給使用者。使用者可以透過這些介面直接互動和視覺化從物聯網裝置獲得的資料。

由於物聯網裝置的元件很少——只有少量電池和感測器，因此可用電源有限。因此，設計物聯網協議很困難。此外，我們需要在無線環境下執行所有操作（構建拓撲結構、進行地址分配等）。

物聯網協議也應滿足以下要求：

• 允許各種裝置同時通訊。

• 物聯網已應用於醫療保健、工業、家庭監控等關鍵領域，因此需要確保通訊安全。

• 高效傳輸資料。

• 可以將物聯網裝置新增到物聯網網路中或從中移除。因此，協議必須提供可擴充套件性。

已經開發了許多這樣的物聯網協議，那麼如何選擇一個呢？

決定使用哪個協議的一種方法是考慮為其設計這些協議的環境。有些是為短距離設計的；有些是為長距離、高資料速率、低資料速率等設計的。它們根據功耗、範圍、成本、資料速率等而有所不同。

短距離通訊，低資料速率，低功耗

藍牙

藍牙的工作頻率範圍為 2.4GHz。它的覆蓋範圍為 10m 到 100m，資料速率高達 1MBPS。它支援兩種網路拓撲——點對點和網狀網路。它適合將少量資料傳送到個人裝置，例如揚聲器、耳機、智慧手錶、智慧鞋等。此協議也可用於智慧家居，包括報警器、HVAC、照明等。

Zigbee

它基於 IEEE802.15.4 標準。其頻率範圍與藍牙相同，為 2.4GHz。其範圍最長可達 100 米，最大資料速率為 250KBPS。Zigbee 協議可以在短距離內傳輸少量資料。這可用於需要高認證和魯棒性的系統。它支援星型拓撲、網狀拓撲和叢集樹拓撲。主要應用包括工業中感測裝置的健康狀況監測、智慧家居等。

6LoWPAN

PAN 代表個人區域網，6LoWPAN 指的是 IPv6 低功耗個人區域網。它的工作頻率範圍為 900 到 2400MHz。資料速率為 250KBPS，支援兩種網路拓撲——星型和網狀網路。

短距離通訊，高資料速率

無線區域網 - Wi-Fi

Wi-Fi 頻寬高，資料速率為 54MBPS，最高可達 600MBPS。在提供專用天線的本地區域中覆蓋範圍為 50m，最遠可達 30km。物聯網裝置可以使用 Wi-Fi 輕鬆連線並共享大量資料。此協議用於智慧家居、智慧城市、辦公室等。

長距離通訊，高資料速率，低功耗

LoRaWAN

它代表低功耗廣域網。其範圍約為 2.5 公里，最遠可達 15 公里。資料速率非常低，為 0.3KBPS，最高可達 50KBPS。它可以支援許多連線的裝置，並用於智慧城市、供應鏈管理等應用。

LTE-M

LTE-M 代表機器長期演進。這是一種 LPWAN（低功耗廣域網）。它與蜂窩網路一起使用以提供安全性。LTE-M 的工作頻率範圍為 1.4MHz-5MHz，資料速率最高可達 4MBPS。

長距離，低資料速率，低功耗

Sigfox

當需要廣域覆蓋且功耗最小時，可以使用 Sigfox。它的目標是連線數十億個物聯網裝置。此協議的頻率範圍為 900MHz，覆蓋範圍為 3km 到 50km。最大資料速率非常低，為 1KBPS。

長距離，低資料速率，高功耗

蜂窩網路

這也稱為行動網路。蜂窩網路有 2G、3G、4G 和 5G。其頻率範圍為 900MHz、1.8/1.9/2.1 GHz。範圍約為 35 公里，最遠可達 200 公里。平均資料速率為 35KBPS – 170KBPS。蜂窩網路功耗高。由於頻率和安全問題，此協議不適用於大多數物聯網裝置。它可用於聯網汽車等物聯網應用。