物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)包含許多設(shè)備，這些設(shè)備可以在可穿戴設(shè)備，家庭自動(dòng)化，智能建筑，工業(yè)自動(dòng)化，醫(yī)療設(shè)備等中出現(xiàn)各種創(chuàng)新應(yīng)用。這些應(yīng)用的可靠性取決于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相互通信的能力，而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是這種連接的基礎(chǔ)。

不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議

應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)要求方面差異很大，各種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)在市場(chǎng)上越來(lái)越突出。這些標(biāo)準(zhǔn)確保了設(shè)備的安全互操作性，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都提供不同的網(wǎng)絡(luò)特征，針對(duì)不同應(yīng)用的需求。許多節(jié)點(diǎn)可以由電池或替代能源供電，例如，使得低功耗變得至關(guān)重要，以便設(shè)備可以在一次充電下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。另一方面，重點(diǎn)可能是連接到電網(wǎng)的設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率和范圍。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟惨驊?yīng)用而異（請(qǐng)參閱圖 1）。一些傳感器陣列可以以星形配置的邊緣設(shè)備作為集線器進(jìn)行布置，而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多地用于支持家庭中的應(yīng)用，例如智能照明。

圖 1：IoT 設(shè)備可以使用多種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

除了上面討論的因素外，選擇最佳無(wú)線協(xié)議還取決于應(yīng)用程序的安全要求以及支持云訪問(wèn)和多協(xié)議開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)環(huán)境的可用性。物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的七種主要無(wú)線協(xié)議目前很突出（見(jiàn)圖2）。

圖2：物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中最常用的無(wú)線協(xié)議

無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 6

當(dāng)前一代 Wi-Fi，即 Wi-Fi 6，已經(jīng)發(fā)展到支持更高的帶寬、速度、更低的延遲和大量可靠的連接。基于 IEEE 802.11ax 標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi 6 在 2.4、5 和 6GHz 頻段運(yùn)行。Wi-Fi接入點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)運(yùn)行，使多個(gè)客戶端設(shè)備能夠訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)并相互連接。接入點(diǎn)支持高帶寬的并發(fā)多頻段操作，支持使用 5/6GHz 頻段的延遲敏感型應(yīng)用，以及使用 2.4GHz 的低數(shù)據(jù)速率和較遠(yuǎn)距離要求的設(shè)備。Wi-Fi 直連功能支持在兩個(gè)客戶端設(shè)備之間建立直接連接。

Zigbee、螺紋和藍(lán)牙 LE

Zigbee、螺紋和低功耗藍(lán)牙（藍(lán)牙 LE）是短距離網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持低功耗要求并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)協(xié)議都有自己的特征，例如最大網(wǎng)絡(luò)大小、吞吐量和延遲。但是，這三者都支持創(chuàng)建低功耗、低數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，使其成為家庭和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用的理想選擇。Zigbee 和線程都基于 IEEE 802.15.4 PHY 層和 MAC 層，并在 2.4GHz 頻段運(yùn)行。隨著每個(gè)協(xié)議的發(fā)展，它們之間的性能差異不斷減小。當(dāng)選擇其中之一時(shí)，最重要的決策因素之一可能成為其各自生態(tài)系統(tǒng)的成熟度。

超寬帶技術(shù)

超寬帶 （UWB） 最初是為高速率數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)已發(fā)展成為一種基于 IEEE 802.14.4a 標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)特安全、精細(xì)范圍技術(shù)。UWB無(wú)線電可以嵌入智能手機(jī)，可穿戴設(shè)備和智能鑰匙等設(shè)備中，并使用稱為“測(cè)距”和“飛行時(shí)間”（ToF）的技術(shù)來(lái)精確測(cè)量當(dāng)另一個(gè)UWB設(shè)備進(jìn)入范圍時(shí)的距離。UWB 的典型用例包括免提支付、室內(nèi)導(dǎo)航、安全免提訪問(wèn)和項(xiàng)目跟蹤。

近場(chǎng)通信

近場(chǎng)通信（NFC）在RFID頻譜的高頻（HF）范圍內(nèi)運(yùn)行，以存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。作為一種接近技術(shù)，NFC僅在兩個(gè)設(shè)備彼此靠近時(shí)才起作用，從而實(shí)現(xiàn)低功耗操作。支持NFC的設(shè)備是一種成熟的訪問(wèn)控制和非接觸式移動(dòng)支付技術(shù)，可以用作臨時(shí)觸摸屏，使操作員能夠配置其他產(chǎn)品，如工業(yè)機(jī)械和汽車。

5G

隨著數(shù)據(jù)速度的提高、網(wǎng)絡(luò)容量的提高和延遲的降低，5G越來(lái)越多地被用于遠(yuǎn)程連接。它的功能有望將機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能（AI）的強(qiáng)大功能帶到邊緣，其低延遲將實(shí)現(xiàn)一系列實(shí)時(shí)應(yīng)用，如車聯(lián)網(wǎng)（V2X）連接、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和智能制造。

上市時(shí)間在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要

在當(dāng)今創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中，越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被設(shè)計(jì)為具有多協(xié)議功能，為應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員提供了更大的靈活性（圖 3）。例如，藍(lán)牙LE可以將設(shè)備連接到現(xiàn)有的家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，Thread或Zigbee與同一網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備進(jìn)行交互。

圖3：多協(xié)議器件可實(shí)現(xiàn)靈活而復(fù)雜的應(yīng)用

與此同時(shí)，云連接正在成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的默認(rèn)要求，帶來(lái)了遠(yuǎn)程診斷、無(wú)線 （OTA） 升級(jí)、遠(yuǎn)程設(shè)備管理和邊緣增強(qiáng)計(jì)算能力等優(yōu)勢(shì)。

然而，對(duì)于面臨不斷縮短的開(kāi)發(fā)周期的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在應(yīng)對(duì)云連接復(fù)雜性的同時(shí)，利用多協(xié)議設(shè)備的額外靈活性可能會(huì)給已經(jīng)捉襟見(jiàn)肘的項(xiàng)目增加成本和時(shí)間。

幸運(yùn)的是，在進(jìn)行這些硬件和軟件開(kāi)發(fā)的同時(shí)，可以使用越來(lái)越多的工具集來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)任務(wù)。例如，Matter是一種統(tǒng)一的、基于IP的連接協(xié)議，它簡(jiǎn)化了多協(xié)議系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。作為一項(xiàng)開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)，Matter使開(kāi)發(fā)人員能夠連接和構(gòu)建可靠、安全的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，并提高智能家居設(shè)備之間的兼容性。

與此同時(shí)，許多云提供商，包括亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS），微軟? Azure?和谷歌云，都提供物聯(lián)網(wǎng)軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK），使從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到云變得更加容易。

邊緣計(jì)算取決于連接性

有效和安全的邊緣計(jì)算依賴于物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的所有設(shè)備相互通信。隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，他們的通信需求變得更加復(fù)雜。設(shè)備和協(xié)議已經(jīng)發(fā)展到可以支持這些需求，為了利用所提供的靈活性的力量，開(kāi)發(fā)人員越來(lái)越依賴全面的硬件和軟件工具包。

審核編輯：郭婷