常见的的物联网（IoT）协议

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许多通信技术是众所周知的，如WiFi，蓝牙，ZigBee和2G ／ 3G ／ 4G蜂窝，但也有几个新兴的新兴网络选项，如线程作为家庭自动化应用的替代品，以及在主要城市实施的空白电视技术用于更广泛的基于IoT的用例。根据应用，范围，数据要求，安全性和功率需求以及电池寿命等因素将决定某种形式的技术组合的选择。这些是向开发人员提供的一些主要通信技术。

Quick Start

NB-IoT

NB-IoT，Narrow Band Internet of Things，窄带物联网，是一种专为万物互联打造的蜂窝网络连接技术。顾名思义，NB-IoT所占用的带宽很窄，只需约180KHz，而且其使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，并且能够直接部署在GSM、UMTS或LTE网络，即2/3/4G的网络上，实现现有网络的复用，降低部署成本，实现平滑升级。
NB-IoT具有以下四大特点：

  1. 广覆盖。相比现有的GSM、宽带LTE等网络覆盖增强了20dB，信号的传输覆盖范围更大（GSM基站目前理想状况下能覆盖35km），能覆盖到深层地下GSM网络无法覆盖到的地方。其原理主要依靠：1、缩小带宽，提升功率谱密度；2、重复发送，获得时间分集增益。
  2. 大连接。相比现有无线技术，同一基站下增多了50-100倍的接入数，每小区可以达到50K连接，真是实现万物互联所必须的海量连接。其原理在于：1、基于时延不敏感的特点，采用话务模型，保存更多接入设备的上下文，在休眠态和激活态之间切换；2、窄带物联网的上行调度颗粒小，资源利用率更高；3、减少空口信令交互，提升频谱密度。
  3. 低功耗。终端在99%的时间内均处在休眠态，并集成多种节电技术，待机时间可达10年。1、PSM低功耗模式，即在idle空闲态下增加PSM态 ，相当于关机，由定时器控制呼醒，耗能更低；2、eDRX扩展的非连续接收省电模式，采用更长的寻呼周期，eDRX是DRX耗电量的1/16。
  4. 低成本。硬件可剪裁，软件按需简化，确保了NB-IoT的成本低廉，NB-IoT通信单模块成本不足5美元。
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    标准：全新的标准协议
    频率：800 MHz和900 MHz频段
    范围：N / A
    数据速率：NB-IoT射频带宽为200kHz。下行速率：大于160kbps，小于250kbps。上行速率：大于160kbps，小于250kbps(Multi-tone)/200kbps(Single-tone)。

详见：「深度剖析」工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用频段

GPRS

GPRS是通用分组无线服务技术的简称，同时它也是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，GPRS属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不一样，它是以封包式的方式进行传输的，在使用中用户所负担的费用是以传输资料的单位进行计算的。并不是使用其整个频道， GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps，GPRS具有充分利用现有的网络、传输速率高、资费较合理、资源利用率高、始终在线等特点。

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标准：2G/3G/4G
频率：基于移动运营商
范围：N / A
数据速率：基于物联网卡，常见为56Kbps-114Kbps

蓝牙

蓝牙技术是1994年爱立信公司提出的一种近距离无线通信规范，能够在设备之间进行方便快捷、低成本、低功耗的数据和语音传输，是无线个域网（WPAN）的主流技术之一。蓝牙的工作标准基于IEEE802．15．1，工作频段在2．4GHz，信道带宽1MHz，异步非对称连接最高数据速率732．2kbps（蓝牙2．0版支持10Mbps以上的速率），连接距离小于10m，使用高增益天线可是通信范围扩展到100m，由于蓝牙的上述特性使它可以应用于许多无线设备如图像处理设备、智能卡、身份识别设备等。蓝牙技术的缺点是：兼容性和抗干扰能力较差，传输距离较短，成本偏高。

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标准：蓝牙4．2核心规格
频率：2．4GHz（ISM）
范围：50－150米（智能／ BLE）
数据速率：1Mbps（智能／ BLE）

Zigbee

ZigBee是一种无线连接，可工作在2．4GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行）3个频段上，分别具有最高250kbit／s、20kbit／s和40kbit／s的传输速率，它的传输距离在10—75m的范围内，但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：

  1. 低功耗： 由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。
  2. 成本低： ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1．5—2．5美元， 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
  3. 时延短： 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms， 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。
  4. 网络容量大： 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络， 而且网络组成灵活。
  5. 可靠： 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
  6. 安全： ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证， 采用了AES—128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。 
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    标准：基于IEEE802．15．4的ZigBee 3．0
    频率：2．4GHz
    范围：10－100米
    数据速率：250kbps

WIFI

WIFI即IEEE802．11x，规定了协议的物理层（PHY）和媒体接入控制层（MAC），并依赖TCP／IP作为网络层，Wifi技术主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入。IEEE802．11的几个版本包括：802．11a，在5．8GHz频段最高速率54Mbps，在2．4GHz频段速度为1Mbps—11Mbps；802．11g在2．4GHz频段与802．11b兼容，最高速率为54Mbps。WIFI技术的优势在于无线电波覆盖广（100m）网络速度较高，移动性好，厂商进入此门槛低。通常Wifi拥有较高的带宽是以提高功耗为代价的，因此便携WIFI装置需要较高的电能储备，另外WiFi传输的数据质量有待改进，这限制了工业场合的推广。

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标准：基于802．11n（今天最常见的用途）
频率：2．4GHz和5GHz频段
范围：约50m
数据速率：最大600 Mbps，但根据所使用的通道频率和天线数量（最新的802．11－ac标准应提供500Mbps至1Gbps），150－200Mbps更为典型。

Z波(Z－Wave)

Z－Wave是一种低功耗射频通信技术，主要用于诸如灯控制器和传感器之类的产品的家庭自动化。针对数据速率高达100kbit ／ s的小数据数据包的可靠和低延迟通信进行了优化，其工作在1GHz频段，并且不受WiFi和其他无线技术在2．4 GHz范围内的干扰，如蓝牙或ZigBee。它支持全网状网络，而不需要协调器节点，并且是非常可扩展的，可以控制多达232个设备。 Z－Wave使用比其他一些更简单的协议，可以实现更快更简单的开发，但与其他无线技术（如ZigBee等）的多种来源相比，唯一的芯片制造商是Sigma Designs。

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标准：Z－Wave Alliance ZAD12837 ／ ITU－T G．9959
频率：900MHz（ISM）
范围：30m
数据速率：9．6 ／ 40 ／ 100kbit ／ s

6LowPAN

基于IP（Internet Protocol）的技术是6LowPAN（IPv6低功率无线个人区域网络）。 6LowPAN不是像蓝牙或ZigBee这样的IoT应用协议技术，而是一种定义封装和头压缩机制的网络协议。该标准具有频带和物理层的自由度，也可以在多种通信平台上使用，包括以太网，Wi－Fi，802．15．4和sub－1GHz ISM。一个关键的属性是IPv6（互联网协议版本6）堆栈，这是近年来非常重要的介绍，以实现物联网。 IPv6是IPv4的后继者，为世界上每个人提供大约5 x 1028个地址，使世界上任何嵌入式对象或设备都拥有自己的唯一IP地址并连接到互联网。例如，IPv6专为家庭或楼宇自动化设计，提供了一种基本的传输机制，可以通过低功耗无线网络以成本效益的方式生产复杂的控制系统和与设备进行通信。
该标准旨在通过基于IEEE802．15．4的网络发送IPv6数据包，并实施开放IP标准，包括TCP，UDP，HTTP，COAP，MQTT和Websockets，该标准提供端对端可寻址节点，允许路由器将网络连接到IP。 6LowPAN是一种网状网络，具有强大的可扩展性和自愈性。网状路由器设备可以路由指定给其他设备的数据，而主机能够长时间睡眠。这里有6LowPAN的解释，TI提供。

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标准：RFC6282
频率：（适用于各种其他网络媒体，包括蓝牙智能（2．4GHz）或ZigBee或低功率射频（亚1GHz）
范围：N ／ A
数据速率：N ／ A

线程

线程是一种针对家庭自动化环境的新型基于IP的IPv6网络协议。基于6LowPAN，也喜欢它，它不是像蓝牙或ZigBee这样的IoT应用协议。然而，从应用的角度来看，它主要被设计为WiFi的补充，因为它识别出WiFi对于许多消费者设备而言是有利的，它在家庭自动化设置中使用的限制。
线程组于2014年中推出，免版税协议基于各种标准，包括IEEE802．15．4（作为无线空中接口协议），IPv6和6LoWPAN，并为物联网提供了一种弹性的基于IP的解决方案。 Thread专为从现有的IEEE802．15．4无线芯片供应商（如飞思卡尔和Silicon Labs）工作，Thread支持使用IEEE802．15．4无线电收发器的网状网络，能够处理多达250个具有高级别身份验证和加密的节点。相对简单的软件升级应允许用户在现有的支持IEEE802．15．4的设备上运行线程。

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标准：线程，基于IEEE802．15．4和6LowPAN
频率：2．4GHz（ISM）
范围：N ／ A
数据速率：N ／ A

蜂窝

需要更长距离运行的IoT应用程序可以利用GSM ／ 3G ／ 4G蜂窝通信功能。虽然蜂窝电话显然能够发送大量的数据，特别是对于4G，但对于许多应用来说，费用和功耗将会太高，但是对于传输速度非常低的基于传感器的低带宽数据项目来说，这是非常理想的互联网上的数据量。该领域的一个关键产品是SparqEE系列产品，包括原始的小型CELLv1．0低成本开发板和一系列与Raspberry Pi和Arduino平台一起使用的屏蔽连接板。

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标准：GSM ／ GPRS ／ EDGE（2G），UMTS ／ HSPA（3G），LTE（4G）
频率：900／1800／1900 ／ 2100MHz
范围：GSM最大35km； HSPA最长200公里
数据速率（典型下载）：35－170kps（GPRS），120－384kbps（EDGE），384Kbps－2Mbps（UMTS），600kbps－10Mbps（HSPA），3－10Mbps

NFC

NFC（近场通信）是一种技术，能够实现电子设备之间的简单和安全的双向交互，特别适用于智能手机，允许消费者执行非接触式支付交易，访问数字内容和连接电子设备。本质上它扩展了非接触式卡技术的能力，并使设备能够在距离小于4cm的情况下共享信息。此处提供更多信息。

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标准：ISO ／ IEC 18000－3
频率：13．56MHz（ISM）
范围：10厘米
数据速率：100－420kbps

Sigfox

Sigfox的范围在WiFi和蜂窝之间。它使用可免费使用的ISM频带，而不需要获取许可证，以便在非常窄的频谱范围内将数据传输到连接对象和从连接对象传输数据。 Sigfox的想法是，对于运行在小型电池上的许多M2M应用程序，只需要低级别的数据传输，则WiFi的范围太短，而蜂窝电话太贵，并且功耗太大。 Sigfox使用一种称为超窄带（UNB）的技术，仅用于处理每秒10至1，000位的低数据传输速度。与5000微瓦相比，蜂窝通信消耗的电量仅为50微瓦，或者可以通过2．5Ah电池提供典型的待机时间20年，而蜂窝电话仅为0．2年。
已经部署在成千上万个连接对象中，该网络目前正在欧洲主要城市推出，其中包括英国的十个城市。该网络提供了一个强大的，功率高效和可扩展的网络，可以与数百万个电池供电设备在几平方公里的区域进行通信，使其适用于预期包括智能电表，病人监视器，安全设备，街道照明和环境传感器。 Sigfox系统使用Silicon Labs等EZRadioPro无线收发器等硅片，为在1GHz以下频段工作的无线网络应用提供行业领先的无线性能，扩展范围和超低功耗。

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标准：Sigfox
频率：900MHz
范围：30－50公里（农村环境），3－10公里（城市环境）
数据速率：10－1000bps

Neul

与Sigfox相似，在1GHz频段内运行，Neul利用电视白空间频谱的小片，提供高可扩展性，高覆盖率，低功耗和低成本无线网络。系统基于Iceni芯片，其使用白色空间无线电进行通信，以访问高质量的UHF频谱，由于模拟到数字电视转换，现在可用。通信技术称为无重量，是一种为IoT设计的新型广域无线网络技术，与现有的GPRS，3G，CDMA和LTE WAN解决方案大有竞争。数据速率可以是在同一个单一链路上从每秒几位到100kbps的任何数据速率；并且设备可以从2xAA电池消耗少至20至30mA，这意味着在现场10至15年。

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标准：Neul
频率：900MHz（ISM），458MHz（英国），470－790MHz（白色空间）
范围：10公里
数据速率：最少可达100kbps

LoRaWAN

Again在某些方面与Sigfox和Neul类似，LoRaWAN针对广域网（WAN）应用，旨在为具有特定功能的低功率WAN提供支持，以便在IoT，M2M和M2M中支持低成本移动安全双向通信智能城市和工业应用。针对低功耗优化并支持具有数百万和数百万台设备的大型网络，数据速率范围为0．3 kbps至50 kbps。

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标准：LoRaWAN
频率：各种
范围：2－5公里（城市环境），15公里（郊区环境）
数据速率：0．3－50 kbps。