物联网框架：协议、应用与架构解析

### 物联网框架：协议、应用与架构解析 #### 1. 背景协议与应用 物联网和传统网络一样，被划分为不同的层，各层的通信对网络的通信功能进行了表征和标准化。以下是一些用于物联网应用的协议： - **ZigBee**：旨在确保物联网框架中有效且安全的短距离通信，支持网状、星形和簇树拓扑结构。可用于对数据流量要求极低且电池续航长的射频应用，提供全球通用的2.4 GHz频率。 - **Z - wave**：为物联网应用提供无线连接协议，可用于物联网通信，频率适用于低于1 GHz的应用。 - **6LoWPAN**：适用于兼容IEEE 802.15.4的设备，采用星形和网状拓扑，提供2.4 GHz频段。 - **LoRaWAN**：即低功耗广域网协议，位于MAC层，使低功耗计算机能通过长距离无线链路进行交互，定义了64 kHz、125 kHz的信道。其优点包括消除中继器、降低设备成本、延长设备寿命、提高网络容量和支持多种设备。 - **CoAP**：受限应用协议，用于受限互联网应用。提供可靠的UDP消息传递、异步消息交换和低开销，易于解析。设计分为通信层和请求 - 响应层，通信层通过用户数据报协议进行交互，请求 - 响应层按特定顺序发送消息以处理和防止消息失败等操作问题。 #### 2. 物联网应用 物联网应用可将分布式系统和应用与普通Web服务协议及服务组合技术完美集成，实现可靠而强大的设备到设备、用户到设备的交互。具体分类如下： - **监测与控制**：从传感器收集数据并分析实时应用的性能。例如，Lively智能系统可跟踪和提醒成年人；spiroscout可安装在哮喘吸入器上；Lapka PEM智能私人环境监测器可让用户评估、检索和分析环境的隐藏特征。 - **信息共享与协作**：可发生在用户与用户、用户与设备、设备与设备之间。设备上的传感器感知环境，若发现异常活动则向用户发送警报。如超市在需要制冷的地方安装传感器，发现异常活动时向经理发送警报；Shopkick应用可改善数据共享，为购物者提供交易、折扣、建议和福利提醒。 此外，物联网应用还可分为智能环境、智能医疗、智能交通系统、智能物流、智能公用事业等领域，如结构健康跟踪应用、精准农业应用、物体跟踪和监控平台等。 #### 3. 物联网架构分类 物联网有三种不同类型的架构： |架构类型|协议|应用|数据过滤|节点异构性|接口|安全|内容检查|延迟|计算|规模分析|可扩展性| | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | |三层架构|RFID, WISP|低级|否|否|命令|否|否|高|基于事件|TB级|否| |五层架构|Bluetooth, CoAP|分析、复杂|否|是|GUI|较少|是|高|基于事件|PB级|是| |七层架构|MQTT, Websocket|关键业务|是|是|GUI|高|是|最低|基于查询|EB级|是| 以下是各架构的详细介绍： - **三层架构