物联网传输协议

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1、2011/042011/04物联网传输协议模块1n 物联网架构n 涉及到的传输协议目录目录物联网架构物联网架构物联网架构涉及到的传输协议物联网需要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的协议基础，就像是互联网需要TCP/IP一样。但现实情况是：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、2G、3G、有线等多种通道，协议多得数不清。 卖设备不如卖标准，因此中国应该牢牢掌握协议这个话语权，这才能为中国的物联网战略打下坚实的基础。物联网需要物联网需要IP地址地址 物

2、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，那就需要IPv6来支撑了。但由于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，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。虽然现在有了很多解决方法，但毕竟是一个痛苦、漫长的过程。n 物联网架构n 涉及到的传输协议目录目录涉及到的传输协议传输协议分类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外网协议涉及到的传输协议图1 RFID系统基

3、本配置示意图表1 RFID 系统的工作频段及其技术特点协议详解协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式涉及到的传输协议 由于UHF频段具有读写距离远、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频段的RFID技术及其相关的协议标准已成为全球RFID产业和研究部门关注的热点。目前，国际上存在三个主要的RFID技术标准体系组织，即：l 全球产品电子代码中心（EPC Global），由总部设在美国 麻省理工学院的自动识别中心演变而来l ISO/IEC JTC1l 日本的泛在ID中心(Ubiquitous ID Center，UIC) 在UHF工作频段，EPC推出的Class

4、1 Gen2和ISO/IEC推出的ISO/IEC18000-6标准特别引人关注。图2 UHF 频段RFID标准的改善、发展和融合协议详解协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式涉及到的传输协议ISO 18000-6标准采用物理层( Signaling) 和标签标识层两层分层结构，如图所示。其中物理层主要涉及到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的各种指令。协议详解协议详解一、内网协议1、RFID1.1通信方式表2 ISO 18000-6三种标准对比图3 ISO18000-6分层结构涉及到的传输协议协议详解协议详解一、内网协

5、议1、RFID1.2 分析中国的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（National 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RF

6、ID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的问题在于没有掌握技术标准。涉及到的传输协议 802.15.4, 即IEEE用于低速无线个人域网(LR-WPAN)的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，一般在个人活动空间(10m直径或更小)工作的简单器件。支持两种网络拓扑，即单跳星状或当通信线路超过10 m时的多跳对等拓扑。协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1 通信方式图3 各协议传输速率对比涉及到的传输协议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

7、免频段执照协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1 通信方式图4 ZigBee协议栈涉及到的传输协议协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1 通信方式ZigBee物理层：（1）频段划分物理层可以使用3个免费的频段，即2.4GHz、915MHz和868MHz。p在2.4GHz频段，从2.4GHz到2.4835GHz之间，总共有16个不同的信道可供使用，每个信道间隔5M，最大数据速率可达250kbps；p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；p在868MHz频段即868到868.6MHz，

8、只有一个信道可供使用，最高数据速率为20kbps。图4 ZigBee频段划分涉及到的传输协议协议详解协议详解一、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的格式如下图所示，每个PPDU都由下面几个部分组成，即同步头SHR、物理层头PHR和可变长度的载荷。p 引导信号由32比特的全零构成，进行比特同步；p 帧开始标志(SFD)由8比特组成，即11100101，表示帧的开始；p 可变长度的载荷用来携带MAC帧；4字节1字节1字节可变长度引导信号SFD帧长度(7比特)保留(1比特)PSDUSHRPHR载荷图5 ZigB

9、ee物理层协议数据单元格式涉及到的传输协议协议详解协议详解一、内网协议2、ZigBee2.1 通信方式2字节1字节4-20字节可变2字节帧控制序列号地址字段数据载荷FCSMHRMAC载荷MFR2字节1字节2字节帧控制序列号FCSMHRMFRZigBee链路层：帧控制序列号地址字段负载校验(FCS)MAC Header(MHR)MAC载荷MAC Footer(MFR)MAC帧通用格式（1）数据帧格式（2）确认帧格式涉及到的传输协议 ZigBee并不是用来与蓝牙或者其他已经存在的标准竞争，它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

10、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、ZigBee2.2 分析涉及到的传输协议 由于ZigBee技术是目前嵌入式应用的大热门，所以目前全世界很多公司陆续投入这个市场，市场上各种ZigBee的

11、技术方案五花八门、争奇斗艳。 这其中主要的关键如下： 1、争夺使用自己的微处理器。这是因为，每个方案的提供商（这里主要指是ZigBee芯片供应商），无不追求一个“利”字。这些厂商为了推销自己的微处理器，想尽了一切办法。他们千方百计的推销自己公司的硬件平台，自己的编译调试系统。像FREESCAL 公司推销的是自己的68系列处理器，使用的是以68微处理器为核心的MC1321X单芯片系统。EMBER公司，也是采用的自己的16BIT RISC处理器。TI也希望推销自己的CC2420+MSP430系统。 2、争夺使用自己的ZigBee协议栈。ZigBee技术的核心是几万行ZigBee/802.15.4