在前面的教程中,a物联网的基本架构系统进行了讨论。从上一篇教程的讨论可以清楚地看到,通信网络是任何物联网系统的骨干。只有(互联网)网络才能使物联网设备(板)和基于云的服务和应用程序相互通信。没有互联网,物联网什么都不是。互联网上的数据通信不是那么直接。互联网上连接着无数的异构设备,这些过剩的独特设备需要以一种安全、可靠和路由的方式进行通信。此外,设备可能正在运行独特的应用程序或服务,这些应用程序或服务将拥有自己的框架和域。有了这种终端的多样性,互联网通过在不同阶段或层次上实现标准协议,设法在设备之间或设备之间建立连接和通信。
任何互联网网络都是一堆技术。有些技术可以在物理上连接设备(到位于同一位置的设备或路由器),为它们分配逻辑地址,通过网络路由数据,并在客户端管理数据交换。
为了协议的标准化和实现,这些技术被安排在不同的层次上。典型的因特网网络遵循开放系统互连(OSI)模型,这是一个ISO标准因特网模型。OSI模型将互联网架构为七个层——物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。OSI模型的实际实现是通过TCP-IP模型实现的,将原来的七层OSI模型简化为四层internet协议组。在TCP-IP模型(OSI模型的现实实现)中,将物理层和数据链路层合并为物理层和网络访问层,将OSI模型的会话层、表示层和应用层合并为单一的应用层。
图1:OSI模型层和TCP-IP模型层的对比图
堆栈横向从两个客户端连接通过物理传输介质和在互联网上的网络/服务器之间。
图2:互联网上设备间通信概述
用于物联网生态系统的云网络实际上没有任何标准架构,因为这些网络是高度定制的环境,复杂性可变。尽管如此,由于体系结构层的实现类似,用于物联网系统的各种体系结构模型可以与典型的OSI或TCP-IP模型进行比较。综合标准组织部署或推荐的各种架构模型,云或物联网网络架构将有以下四个层
1)基础设施层
2)服务发现/服务管理/发现层
3)应用程序层
4)业务层
图3:物联网参考体系结构与OSI和TCP-IP模型的对比图
每一层都有各种处理数据传输的协议。协议是一组预定义的规则,设备之间通信或通过网络通信时必须遵循这些规则。让我们讨论每一层和它们所涉及的协议
基础设施层——在这一层中,包括物联网设备(包括传感器网络)和物理连接位于同一地点的设备或设备到标准internet网络的技术。与OSI模型相比,该层融合了典型internet网络的物理层、数据链路层、网络层和传输层。与TCP-IP模型相比,该层融合了物理层和网络层、internet层和传输层。所以,一般来说,这一层可以分为以下几个子层-
1)物理层和链路/ MAC/网络访问层——在物理层,单个比特被编码并安排在数据链路层的帧中,编码后的数据安排在协议定义的帧中,被推送到有线或无线数据通信链路。如果数据链路是无线的,则是物理层决定频率和数据传输速率。类似地,物理层还对传入的比特和字节进行解码,并将它们传输到物联网设备的现有处理器或控制器。数据链路层负责将数据报文封装成帧,通过MAC (Media access Control)协议访问数据链路,并在通信链路上传递或接收数据。为物理和网络访问层定义的一些标准协议如下-
•以太网
•蓝牙低功耗
•哈特无线
•无线个域网
•z - wave
•射频识别
•IEEE 802.11.ah
•IEEE 802.15.4e
•LoRaWAN
•DASH7
•失重
•HomePlug
•G.9959
•LTE-A
•DECT / ULE
•ISA 100.11
•蚂蚁
•NFC
•EPC全球
•座埃迪斯通
•EnOcean
•WiMax
•NB-IOT
•EC-GSM-IOT(扩展覆盖GSM-IOT)
•RPMA
•LTE-MTC (LTE-Machine Type Communication)
•细胞(GPRS / 2 g / 3 g / 4 g / 5 g)
•CDMA
•线程
•的INSTEON
•DigiMesh
2)网络或网络封装或适配层——这一层负责在互联网上对数据包寻址。传输层传入的数据图包含源地址和目的地址。在网络层,数据包被封装为唯一的地址,称为IP地址。早期的IPv4用于网络层寻址,但其IP地址已经耗尽。因此,一个新的网络层协议IPv6已经被指定,它将有128位地址。IPv6的地址空间可以容纳1038个地址。6LoWPAN是另一个用于低功耗无线个人区域网络的网络层协议。它是为无线传感器网络和家庭区域网络开发的IPv6协议。因此,目前比较流行的网络层协议有:
•IPv4
•IPv6
•6 lowpan
•6罗
•6 tisch
•IPv6蓝牙低功耗
•IPv6超过G.9959
3)传输或路由层——这一层负责数据包的路由。在这一层,数据包的顺序,错误检测和纠错在数据包的交付。为传输层指定的一些常用协议如下-
•TCP
•UDP
•迪泰
•TLS
•RPL
•鲤鱼
•CORPL
•QUIC
•摘要
•卷
•艾龙铝基合金
•CCN(内容中心网络)
•NanoIP
•TSMP(时间同步网格协议)
服务发现或服务管理层—这一层将物联网网络或云网络与典型的internet网络区分开来。物联网设备需要通过互联网找到其他设备、服务和资源。因此,有必要对云网络中的资源进行管理和注册过程。为此,需要指定服务发现和管理协议。一些流行的物联网系统服务发现协议如下-
•DNS-SD (DNS-Service Discovery)
•mDNS(组播域名系统)
•“
•简单发现服务协议
目前可用的一些服务发现平台和技术如下
•HyperCat
•物理网络
•wi - fi意识到
•蓝牙信号
•沙札姆
•开放混合
•唧唧声
应用层——这是通信网络中的最高层。它是(物联网)设备和网络之间的接口。这一层是通过设备端专用应用程序实现的。与计算机一样,应用层是由浏览器实现的。它是实现应用层协议如HTTP, HTTPS, SMTP和FTP的浏览器。同样地,在物联网的上下文中有如下指定的应用层协议-
•MQTT
•SMQTT
•CoAP
•DDS
•XMPP
•AMQP
•RESTful HTTP
•MQTT-SN
•跺脚
•SMCP
•LLAP
•SSI
•LWM2M
•M3DA
•XMPP-IOT
•ONS 2.0
•肥皂
•Websocket
•反应流
•HTTP / 2
•JavaScript物联网
业务层——这一层实际上不是通信网络的一部分。它位于物联网的终点。它可以是实现专用应用程序或在物联网系统内提供特定业务或工业解决方案的云或服务器。比如,它可以将各种物联网设备互连到企业资源计划(ERP)或知识管理(KM)解决方案中。这一层实际上负责无缝集成设备、服务和解决方案,并将云和设备集成到特定垂直领域(卫生、交通、能源、教育等)的实现中。
除了为不同的网络层指定的协议外,物联网系统还可以利用额外的协议来进行设备管理、设备识别、上下文感知或语义和数据安全。部分设备管理协议如下-
•OMA-DM
•tr - 069
•OMA-CP
一些数据安全协议如下-
•开放信任协议(OTrP)
•x
一些流行的语义协议如下-
•SensorML
•IOTDB
•RAML
•SENML
•语义传感器网络本体
•LsDL
•Wolfram语言连接设备
在下一课中,我们将讨论物理和网络访问层协议和标准。
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