物联网传输协议模块

/04物联网传输协议模块物联网传输协议模块第1页物联网架构包括到传输协议目录2物联网传输协议模块第2页物联网架构物联网架构物联网传输协议模块第3页包括到传输协议物联网需要传输协议物联网既然是一个网络，那自然需要一个统一协议基础，就像是互联网需要TCP/IP一样。但现实情况是：在关键层面，因为物联网是互联网延伸，一样基于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、2G、3G、有线等各种通道，协议多得数不清。卖设备不如卖标准，所以中国应该牢牢掌握协议这个话语权，这才能为中国物联网战略打下坚实基础。物联网需要IP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资源即将耗尽背景下，物联网需要更多IP地址，那就需要IPv6来支撑了。但因为IPv4网络庞大规模造成IPv4向IPv6过渡必定存在一个漫长过程，所以物联网一旦使用IPv6地址，就必定会存在与IPv4兼容性问题。即使现在有了很多处理方法，但毕竟是一个痛苦、漫长过程。物联网传输协议模块第4页物联网架构包括到传输协议目录物联网传输协议模块第5页包括到传输协议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IPv6IPv4Wi-Fi、2G、3G、LTE外网协议物联网传输协议模块第6页包括到传输协议图1RFID系统基本配置示意图表1RFID系统工作频段及其技术特点协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式物联网传输协议模块第7页包括到传输协议

因为UHF频段含有读写距离远、多标签识读速率快、抗干扰及穿透能力强以及标签尺寸小等优点，UHF频段RFID技术及其相关协议标准已成为全球RFID产业和研究部门关注热点。当前，国际上存在三个主要RFID技术标准体系组织，即：全球产品电子代码中心（EPCGlobal），由总部设在美国麻省理工学院自动识别中心演变而来ISO/IECJTC1日本泛在ID中心(UbiquitousIDCenter，UIC)在UHF工作频段，EPC推出Class1Gen2和ISO/IEC推出ISO/IEC18000-6标准尤其引人关注。图2UHF频段RFID标准改进、发展和融合协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式物联网传输协议模块第8页包括到传输协议ISO18000-6标准采取物理层(Signaling)和标签标识层两层分层结构，如图所表示。其中物理层主要包括到RFID频率、数据编码方式、调制格式、RF包络形状及数据速率等问题;标签标识层主要处理阅读器读写标签各种指令。协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式表2ISO18000-6三种标准对比图3ISO18000-6分层结构物联网传输协议模块第9页包括到传输协议协议详解一、内网协议1、RFID1.2分析中国RFID标准化进程：致力于开发自己编码系统：国家产品代码（NationalProductCode,NPC）基于国家代码提出了D-NPCRFID标准中国已将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中国家标准准化管理部门（StandardizationAdministrationofChina,SAC）正着手建立RFID标准参考ISO/IEC18000系列标准制订国家标准于/4/20制订800/900MHz频段RFID技术应用试行之相关要求中国还未掌握RFID关键芯片技术，国内集成电路芯片和嵌入式软件开发将是下一步国家扶持重点。当前中国面临比关键技术更主要问题在于没有掌握技术标准。物联网传输协议模块第10页包括到传输协议

802.15.4,即IEEE用于低速无线个人域网(LR-WPAN)物理层和媒体接入控制层规范。

该协议能支持消耗功率最少，普通在个人活动空间(10m直径或更小)工作简单器件。支持两种网络拓扑，即单跳星状或当通信线路超出10m时多跳对等拓扑。协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1通信方式图3各协议传输速率对比物联网传输协议模块第11页包括到传输协议ZigBee特点：低功耗低成本低速率近距离短时延高容量高安全免频段执照协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1通信方式图4ZigBee协议栈物联网传输协议模块第12页包括到传输协议协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1通信方式ZigBee物理层：（1）频段划分物理层能够使用3个无偿频段，即2.4GHz、915MHz和868MHz。在2.4GHz频段，从2.4GHz到2.4835GHz之间，总共有16个不一样信道可供使用，每个信道间隔5M，最大数据速率可达250kbps；在915MHz频段，从902MHz到928MHz之间，总共有10个信道可供使用，每个信道间隔2M，最高数据速率可达40kbps；在868MHz频段即868到868.6MHz，只有一个信道可供使用，最高数据速率为20kbps。图4ZigBee频段划分物联网传输协议模块第13页包括到传输协议协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1通信方式ZigBee物理层：（1）物理层协议数据单元(PPDU)格式物理层协议数据单元包结构格式以下列图所表示，每个PPDU都由下面几个部分组成，即同时头SHR、物理层头PHR和可变长度载荷。

引导信号由32比特全零组成，进行比特同时；

帧开始标志(SFD)由8比特组成，即11100101，表示帧开始；

可变长度载荷用来携带MAC帧；图5ZigBee物理层协议数据单元格式物联网传输协议模块第14页包括到传输协议协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1通信方式ZigBee链路层：MAC帧通用格式（1）数据帧格式（2）确认帧格式物联网传输协议模块第15页包括到传输协议ZigBee并不是用来与蓝牙或者其它已经存在标准竞争，它目标定位于现存系统还不能满足其需求特定市场（低功耗），它有着辽阔应用前景。ZigBee联盟预言在未来四到五年，每个家庭将拥有50个ZigBee器件，最终将到达每个家庭150个。其应用领域主要包含：

家庭和楼宇网络：空调系统温度控制、照明自动控制、窗帘自动控制、煤气计量控制、家用电器远程控制等；工业控制：各种监控器、传感器自动化控制；商业：智慧型标签等；公共场所：烟雾探测器等；农业控制：搜集各种土壤信息和气候信息；医疗：老人与行动不便者紧急呼叫器和医疗传感器等。协议详解一、内网协议2、ZigBee2.2分析物联网传输协议模块第16页包括到传输协议

因为ZigBee技术是当前嵌入式应用大热门，所以当前全世界很多企业陆续投入这个市场，市场上各种ZigBee技术方案五花八门、争奇斗艳。这其中主要关键以下：

1、争夺使用自己微处理器。这是因为，每个方案提供商（这里主要指是ZigBee芯片供给商），无不追求一个“利”字。这些厂商为了推销自己微处理器，想尽了一切方法。他们千方百计推销自己企业硬件平台，自己编译调试系统。像FREESCAL企业推销是自己68系列处理器，使用是以68微处理器为关键MC1321X单芯片系统。EMBER企业，也是采取自己16BITRISC处理器。TI也希望推销自己CC2420+MSP430系统。

2、争夺使用自己ZigBee协议栈。ZigBee技术关键是几万行ZigBee/802.15.4C51源代码，这些源代码和ZigBee无线单片机内核配合，完成数据包装收发、校验、各种网络拓扑、路由计算等复杂功效。正是因为这个协议栈是ZigBee技术关键，所以大家争夺激烈。

3、比拼芯片最终成本。ZigBee是一个应用非常广泛技术，就硅片而言，成本都非常低，关键在需要大量客户来进行广泛应用。生产数量大，才能降低成本，所以大家一定要来拼芯片价格，ZigBee未来目标芯片价格是低于一美元，这里谁能作到？

4、比拼开发工具（包含开发软件）方便性和低价格。ZigBee是一项非常复杂技术，开发工具和软件需要大量人力和物力来开发，必定造成开发工具昂贵。那么谁开发工具价格低，轻易使用，软件丰富，谁就能争取到更多客户支持，含有更大竞争力。协议详解一、内网协议2、ZigBee2.2分析物联网传输协议模块第17页包括到传输协议蓝牙，是一个支持设备短距离通信（普通10m内）无线电技术。能在包含移动电话、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通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间通信，从而数据传输变得愈加快速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采取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2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。采取时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙创始人是瑞典爱立信企业，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其它设备生产商联络，并激发了他们对该项技术浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大企业，包含爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同目标是建立一个全球性小范围无线通信技术，即现在蓝牙。协议详解一、内网协议3、蓝牙3.1通信方式物联网传输协议模块第18页包括到传输协议协议详解一、内网协议3、蓝牙3.1通信方式整个蓝牙系统结构可有底层硬件模块、中间协议层和应用层三部分组成。如图所表示。蓝牙底层模块有射频层（RF）、基带层（BB）、链路管理层（LM）组成。RF主要负责射频层和基频调制；BB负责跳频和蓝牙数据及信息帧传输；LM负责连接建立、拆除及链路安全和控制。上层软件模块不能和底层硬件模块直接连接，两个模块接口之间信息和数据经过主机控制接口（HCI）解释才能进行传递。HCI实际上相当于蓝牙协议中软硬件之间桥梁，它提供了一个用下层BB、LM、状态和控制存放器等硬件统一命令接口。中间协议层包含逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）、服务发觉协议（SDP）、串口仿真协议（PFCOMM）等。最上层是应用层，对应于各种应用模型和应用程序。应用层OBEXWAP射频层（RF）逻辑链路控制与适配（L2CAP）主机控制器（HCI）链路管理层（LM）基带层（BB）串口仿真（RFCOMM）AT命令SDPTCS图6蓝牙协议栈物联网传输协议模块第19页包括到传输协议协议详解一、内网协议3、蓝牙3.1通信方式蓝牙系统采取基于包传输：将信息流分片（组）打包，在每一时隙内只发送一个数据包。全部数据包格式均相同：开始为一接入码，接下来是包头，最终是负载。接入码含有伪随机性质，在一些接人操作中，可使用直接序列编码。接人码包含微微网主单元标志，在该信道上，全部包交换都使用该主单元标志进行标识，只有接入码与接入微微网主单元接入码相匹配时，才能被接收，从而预防一个微微网数据包被恰好加载到相同跳频载波另一微微网单元所接收。包头包含：从地址连接控制信息；用于标明是否需要自动查询方式（ARQ）响应／非响应1bit；包编码类型4bit，定义16种不一样负载类型；头差错检测编码（HEC）8bit，采取循环冗余检测编码（CRC）检验头错误。为了限制开销，数据包头只用18bit。

表3蓝牙传输速度对比物联网传输协议模块第20页包括到传输协议在过去几年里，蓝牙产品市场规模不停扩大，蓝牙芯片出货量已超出20亿，据预测，蓝牙芯片出货量将到达25亿。为了愈加好地满足全方位市场需求，蓝牙技术标准也在不停地演进，尤其是推出了高速、低功耗4.0版本，引发了业界广泛关注。对此，国家无线电监测中心主任刘岩认为，蓝牙低耗能技术在我国乃至世界，必将有光明发展前景。蓝牙4.0升级版蓝牙低耗能技术拥有着低耗能、更大传输范围、支持拓扑结构等特征，这与ZigBeeAlliance制订ZigBee标准十分类似，而用户对于二者区分认识往往比较含糊，对此蓝牙技术联盟大中华区技术市务经理吕荣良解释到，蓝牙低耗能技术与ZigBee在技术规格上是有相同点，但ZigBee自诞生之初就是定位于工业应用市场，而蓝牙则是选择专注以手机为代表，愈加成熟可靠市场应用，所以说蓝牙和ZigBee当前在市场上面基本上不会形成竞争。当前蓝牙技术在中国认知度依然不是很高，但吕荣良认为中国仍是蓝牙技术最大市场，其中他尤其提到了中国物联网发展或将是蓝牙技术在中国发展机会。吕荣良表示，“当前中国物联网仍没有一个清楚定位，整个产业仍在探索中，现在无法贸然确定蓝牙在物联网中能饰演什么角色，但蓝牙技术联盟一直亲密关注政府以及厂商在物联网上发展动向……我们将与华为、中兴进行接触，就蓝牙在物联网中切入进行讨论。”吕荣良最终表示，蓝牙技术联盟将蓝牙近期发展方向仍定位在医疗健康市场，但基于物联网应用却是蓝牙技术主要发展方向。协议详解一、内网协议3、蓝牙3.2分析物联网传输协议模块第21页包括到传输协议协议详解二、内网协议对比分析表4内网协议对比分析物联网传输协议模块第22页包括到传输协议

Wi-Fi，是WirelessFidelity缩写。它与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用短距离无线技术。Wi-Fi代表着无线保真，指802.11标准IEEE802.11b子集。Wi-Fi支持高达11Mb/s数据传输率，是迄今为止最惯用标准。其主要特征为：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，方便与现有有线以太网络整合，组网成本更低。

与蓝牙对比：

相同点：同属于在办公室和家庭中使用短距离无线技术；均可实现一对一互联（Wi-FiDirect设备支持）

不一样点：即使在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，不过在电波覆盖范围方面则要略胜一筹

；蓝牙主要面向以手机为中心应用，而Wi-Fi则侧重组建无线局域网。

协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.1通信方式物联网传输协议模块第23页包括到传输协议（1）优势特点其一，无线电波覆盖范围广，基于蓝牙技术电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右约合15米，而Wi-Fi半径则可达300英尺左右约合100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。

其二，即使由Wi-Fi技术传输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需求。

其三，厂商进入该领域门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集地方设置“热点”，并经过高速线路将因特网接入上述场所。

依据无线网卡使用标准不一样，WIFI速度也有所不一样。其中IEEE802.11b最高为11Mbps（部分厂商在设备配套情况下能够到达22Mbps），IEEE802.11a为54Mbps、IEEE802.11g也是54Mbps

协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.2分析物联网传输协议模块第24页包括到传输协议（1）优势特点

协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.2分析表5Wi-Fi各子协议分析物联网传输协议模块第25页包括到传输协议

（2）发展前景

802.11就是无线通讯标准。这种“公开标准无线通讯”在今天得到了115个生产商支持，认证产品超出了900种。英特尔企业、Broadcom企业、思科系统企业和摩托罗拉企业集体研发，加上整个风险资本业界支持，将不停地提升无线通讯技术性能价格比。在不到五年时间里，与第一代产品相比，802.11g芯片性能已提升了25倍，而价格只是第一代产品二十分之一。与过去一样，价格降低增加市场机会，反过来又促使价格深入价低。现在，802.11无线设备已是一个年产5000万套设备市场，然而历史表明，这仅仅是开始。

当802.11无线芯片价格靠近5美元时，Wi-Fi将可能嵌入在全部电子产品上。这种产品普及性将以两种显著方式影响通讯市场。第一，生产商将普遍构建支持设备和应用程序，即生产商理所当然地认为Wi-Fi是一个随机设备，从而深入推进无线局域网普及。可能更主要是，作为一个客户端技术，802.11将日益被看成一个“无偿”技术。

协议详解三、外网协议1、Wi-Fi1.2分析物联网传输协议模块第26页包括到传输协议2G，是第二代手机通信技术规格简称，普通定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只含有通话、和一些如时间日期等传送手机通信技术规格。不过手机短信SMS（Shortmessageservice）在2G一些规格中能够被执行。2G在美国通常称为PCS（PersonalCommunicationsService）。2G技术基本可被切为两种，一个是基于TDMA所发展出来以GSM为代表，另一个则是CDMA规格，复用﹙Multiplexing﹚形式一个。

协议详解三、外网协议2、2G2.1通信协议在世界范围内，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网络；

iDEN：

基于TDMA技术建立，当前主要有两个iDEN网络，分别由美国Nextel运行以及加拿大TelusMobility运行。

IS-136：基于TDMA技术建立，也就是通常所说D-AMPS网络，在美国有运行商建网。

IS-95：

基于CDMA技术建立，也就是通常所说CDMAONE网络，主要在美国以及亚洲部分国家或地域使用。

PDC：

基于TDMA技术建立，仅在日当地域使用。物联网传输协议模块第27页包括到传输协议协议详解三、外网协议2、2G2.1通信协议图7GSM网络架构物联网传输协议模块第28页包括到传输协议通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)简称，它是GSM移动电话用户可用一个移动数据业务。GPRS可说是GSM延续。GPRS和以往连续在频道传输方式不一样，是以封包（Packet）式来传输，所以使用者所负担费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为廉价。GPRS传输速率可提升至56甚至114Kbps。

2.5G是一个处于2G到3G过渡阶段通信技术，“2.5G”并不像“2G”、“3G”那样属于官方定义，只是一个为了细分2G通信技术一个非官方说法。通常我们所说2.5G就是指GSM网络下GPRS、EDGE技术以及CDMA网络下CDMA1x-RTT标准。（CDMA实际上有两个发展阶段，前一阶段为2G1x-RTT标准，后一阶段为3GEV-DO标准）。GPRS三大优点：高速数据传输永远在线仅按数据流量收费

协议详解三、外网协议3、2.5G（GPRS）3.1通信协议物联网传输协议模块第29页包括到传输协议协议详解三、外网协议3、2.5G（GPRS）3.1通信协议图7GPRS网络架构SGSN是英文SERVICINGGPRSSUPPORTNODE缩写。SGSN作为GPRS/TD-SCDMA(WCDMA)关键网分组域设备主要组成部分，主要完成份组数据包路由转发、移动性管理、会话管理、逻辑链路管理、鉴权和加密、话单产生和输出等功效。GGSN（GatewayGSN，网关GSN）主要是起网关作用，它能够和各种不一样数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。有文件中，把GGSN称为GPRS路由器。GGSN能够把GSM网中GPRS分组数据包进行协议转换，从而能够把这些分组数据包传送到远端TCP／IP或X.25网络。物联网传输协议模块第30页包括到传输协议

第三代移动通信技术（3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率普通在几百kbps以上。当前3G存在四种标准：CDMA，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。

协议详解三、外网协议4、3G4.1通信协议表63G标准对比分析物联网传输协议模块第31页包括到传输协议协议详解三、外网协议4、3G4.1通信协议WiMAX全名是微波存取全球互通(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)，又称为802·16无线城域网，是又一个为企业和家庭用户提供“最终一英里”宽带无线连接方案。将此技术与需要授权或免授权微波设备相结合之后，因为成本较低，将扩大宽带无线市场，改进企业与服务供给商认知度。10月19日，在国际电信联盟在日内瓦举行无线通信全体会议上，经过多数国家投票经过，WiMAX正式被同意成为继WCDMA、CDMA和TD-SCDMA之后第四个全球3G标准。

WiMAX与3G关系:即使WiMAX在一些数据能力上优于3G,不过从标准化、全球统一频谱、技术特征等多角度考虑,WiMAX距离真正商用还有很长路要走。WiMAX不会影响我国3G产业发展,未来它能够作为3G补充得到应用。WiMAX与Wi2Fi关系:未来WiMAX不会取代Wi2Fi,双方将在无线接入中互补。因为WiMAX与Wi2Fi最显著区分是覆盖范围存在巨大差异,Wi2Fi普通只能到达100米覆盖范围,只能在无线局域网环境中使用。而WiMAX通常能够到达13英里,所以主要定位在无线城域网环境中使用。物联网传输协议模块第32页包括到传输协议协议详解三、外网协议4、3G4.1通信协议图73G产业链物联网传输协议模块第33页包括到传输协议物联网与3G：（1）3G是物联网传输层最佳平台之一

因为某些物联网应用包含视频监控、流量分析等功能，如果用窄带2G网络传输数据，那么其业务效果势必会受到影响，人们使用体验也会大打折扣。不过，3G出现使得这种情况大为改观，相对来说，3G具有更高带宽和更低延迟，可认为物联网提供更好基础设施，所以3G可以说是物联网传输层最佳平台之一。3G网络仅是提供物联网信息传送一个平台物联网产业包含门类比较多，而3G网络仅是提供物联网信息传送一个有效平台。

物联网离不开应用，所以物联网发展一定是结合各个行业、各个方面应用来做。工业、农业、环保、安全等各行业应用是物联网发展重要驱动力。而且，物联网发展必然需要各部门之间、地区之间、行业之间联动。3G网络发展为信息无线传输提供了高速和安全可靠通道。

协议详解三、外网协议4、3G4.2分析物联网传输协议模块第34页包括到传输协议（2）物联网不足以有效丰富3G应用

网络建设和应用是现阶段3G发展重点，对于物联网丰富