1、2012015 5/0/05 5 物联网协议1n 前言 n 传输协议分类目录目录前言物联网简介物联网简介 “物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。定义：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。多种协议并存问题多种协议并存问题存在许多无线网络协议Zigbee,Wave,Xmesh,SmartMesh/TSMP等。在不同的协议层(PHY、MAC、L3)大多数芯片供应商只
2、与自己的标准兼容，缺乏互操作性。很多简单RF芯片无MAC协议。缺乏互操作性的解决方案，如不同的体系结构、不同的协议栈、不能互联互通等。前言物联网需要传输协议物联网需要传输协议 物联网是一个网络，需要统一的协议基础，就像是互联网需要TCP/IP一样。在核心层面，由于物联网是互联网的延伸，同样基于TCP/IP；但在接入层面，协议类别就变得五花八门，RFID、ZigBee、蓝牙、GPRS、Wi-Fi、3G、4G、有线等多种通道，协议多得数不清。物联网需要物联网需要IP地址地址 物联网需要地址，每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。在IPv4资源即将耗尽的背景下，物联网需要更多的IP地址，那
3、就需要IPv6来支撑。由于IPv4网络的庞大规模导致IPv4向IPv6过渡必定存在一个漫长的过程，传输协议分类物联网物+传感物+传感互联网无线有线接入RFID、ZigBee、蓝牙内网协议IPv6 IPv4Wi-Fi、2G、3G、LTE外网协议传输协议分类协议详解协议详解一、内网协议1、RFID ISO/IEC认为RFID是自动身份识别和数据采集的一种很好手段，制定RFID标准不仅要考虑物流供应链领域的单品标识，还要考虑电子票证、物品防伪、动物管理、食品与医药管理、固定资产管理等应用领域。基于这种认识，ISO/IEC联合技术委员会JTC委托SC31子委员会，负责所有RFID通用技术标准的制定工作
4、，也即对所有RFID应用领域的共同属性进行规范化；委托各专业委员会负责应用技术标准的制定，如ISOTC104 SC4负责制定集装箱系列RFID标准的制定，ISOTC 23 SC19负责制定动物管理系列RFID标准，ISOTC122和ISO TC104组成的联合工作组制定物流与供应链系列应用标准1。所有标准的制定工作，可以由技术委员会委托某些专家起草标准草案，也可以由企业或者专家直接提交标准草案，然后按照ISO标准化组织制定标准的程序进行审核、修改直至最后批准执行。传输协议分类协议详解协议详解一、内网协议1、RFID中国的RFID标准化进程：n 致力于开发自己的编码系统：国家产品代码（Natio
5、nal Product Code,NPC）n 基于国家代码提出了D-NPC RFID标准n 中国已将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物识别、特种设备与危险品管理、公共交通以及身缠过程管理等多个领域n中国标准化管理部门（Standardization Administration of China,SAC）正着手建立RFID标准参照ISO/IEC18000系列标准制定国家标准于2007/4/20制定800/900MHz频段RFID技术应用试行之相关规定 中国还未掌握RFID核心芯片技术，国内集成电路芯片和嵌入式软件的开发将是下一步国家扶持的重点。目前中国面临的比核心技术更重要
6、的问题在于没有掌握技术标准。传输协议分类 通讯网络大卖场商店物流产品生产包装移动网络专卖店、经销商工商、技监人员打假办、防伪办标签厂商RFID标签电话网络因特网消费者数据中心专用终端RFID读写器仓库餐饮酒店局域网广域网销售、生产、市场等管理人员RFID应用：商品防伪传输协议分类 ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物
7、理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee传输协议分类ZigBee的特点：l 低功耗l 低成本l 低速率l 近距离l 短时延l 高容量l 高安全l 免频段执照协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee图2 ZigBee协议栈传输协议分类 ZigBee的目标定位于现存的系统还不能满足其需求的特定的市场（低功耗），它有着广阔的应用前景。ZigBee联盟预言在未来的四到五年，每个家庭将拥有50个ZigBee器件，最后将达到每个家庭150个。其应用领域主要包括：p 家庭和楼宇网络：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气
8、计量控制、家用电器的远程控制等；p 工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；p 商业：智慧型标签等；p 公共场所：烟雾探测器等；p 农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；p 医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee传输协议分类 结合Zigbee和GPRS的无线数据传输网络图3传输协议分类 蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之
9、间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。协议详解协议详解一、内网协议3、蓝牙传输协议分类协议详解
10、协议详解二、内网协议对比分析协议子协议速率工作频段 距离主要应用优点缺点RFIDRFIDUHF100kbps频段较多1-5米物流、军事、防伪等多种行业成本低、无功耗无处理能力，单向802.15802.15.1(蓝牙)1-3Mbps2.4GHz10m 移动电子商务、数字电子设备、工业控制、智能化建筑、家庭及办公自动化功耗低、成本低、方便使用距离短、速度慢；以移动电话为中心，每网最多八个节点802.15.3（WiMedia）55Mbit/s2.4GHz10m电子数码产品实现高速率、瞄准的是消费类器件距离短802.15.4（ZigBee）250kbit/s2.4GHz100m家庭、楼宇自动化以及监控
11、类应用可靠、低功耗（长电池寿命）、低成本和低速率距离短、速度最慢，安全性规范不完善表4 内网协议对比分析传输协议分类 Wi-Fi，是Wireless Fidelity的缩写。它与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。Wi-Fi代表着无线保真，指802.11标准的IEEE802.11b子集。Wi-Fi支持高达11Mb/s的数据传输率，是迄今为止最常用的标准。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。与蓝牙对比：相同点：同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术；均
12、可实现一对一互联（Wi-Fi Direct设备支持）不同点：虽然在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，但是在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹；蓝牙主要面向以手机为中心的应用，而Wi-Fi则侧重组建无线局域网。协议详解协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.1 通信方式传输协议分类（1）优势特点 其一，无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi的半径则可达300英尺左右约合100米。其二，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，符合个人和社会信息化的需求。其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较
13、密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。根据无线网卡使用的标准不同，WIFI的速度也有所不同。其中IEEE802.11b最高为11Mbps（部分厂商在设备配套的情况下可以达到22Mbps），IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps。协议详解协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.2 分析传输协议分类协议详解协议详解三、外网协议1、Wi-Fi协议子协议时间速率工作频段 距离优点缺点802.11(Wi-Fi联盟)802.1119972Mbps2.4GHz？第一个无线局域网标准速率和传输距离均有限802.11a199954Mbps5GHz45m具
14、有较高的网络速率；信号不易被干扰成本较高；信号容易被障碍物阻隔802.11b199911Mbps2.4GHz100m成本低；信号辐射较好，不容易被阻隔带宽速率较低；信号容易受到干扰802.11g200354Mbps2.4GHz100m较高的网络速率；信号质量好，不容易被阻隔成本比802.11b高；电器设备可能会影响到2.4GHz频段信号802.11n2009300Mbps2.4GHz300m具有最快的网络速率和最广的信号覆盖范围；信号干扰影响较小成本较高；使用多个信号，容易干扰附件的802.11b/g网络表5 Wi-Fi各子协议分析传输协议分类 2G，是第二代手机通信技术规格的简称，一般定义为
15、无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话、和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信SMS（Short message service）在2G的某些规格中能够被执行。2G在美国通常称为PCS（Personal Communications Service）。2G技术基本可被切为两种，一种是基于TDMA所发展出来的以GSM为代表，另一种则是CDMA规格，复用Multiplexing形式的一种。协议详解协议详解三、外网协议2、2G在世界范围内，2G主要包含5个标准：GSM：基于TDMA技术建立，起源于欧洲，是全球使用范围最广的网络；iDEN：基于TDMA技术建立，目前主要有两个i
16、DEN网络，分别由美国的Nextel运营以及加拿大的Telus Mobility运营。IS-136：基于TDMA技术建立，也就是通常所说的D-AMPS网络，在美国有运营商建网。IS-95：基于CDMA技术建立，也就是通常所说的CDMA ONE网络，主要在美国以及亚洲部分国家或地区使用。PDC：基于TDMA技术建立，仅在日本地区使用。传输协议分类 通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担
17、的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。2.5G是一种处于2G到3G的过渡阶段的通信技术，“2.5G”并不像“2G”、“3G”那样属于官方定义，只是一种为了细分2G通信技术的一种非官方的说法。通常我们所说的2.5G就是指GSM网络下的GPRS、EDGE技术以及CDMA网络下的CDMA2000 1x-RTT标准。（CDMA2000实际上有两个发展阶段，前一阶段为2G的1x-RTT标准，后一阶段为3G的EV-DO标准）。GPRS三大优点：p 高速数据传输p 永远在线p 仅按数据流量收费 协议详解协议详解三、外网协议3、2.
18、5G（GPRS）传输协议分类 第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。协议详解协议详解三、外网协议4、3G表6 3G标准对比分析传输协议分类协议详解协议详解三、外网协议5、4G 第四代移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载。图7 LTE网络架构谢谢！谢谢！
