IoT-Kommunikationsprotokoll

Mit der Entwicklung der Netzwerk-, Sensor- und Kommunikationstechnologie ist die Menschheit in das Zeitalter des Internets der Dinge eingetreten. In der Ära des Internets der Dinge muss eine große Menge an Informationen, Anweisungen und Daten zwischen Geräten übertragen werden, was sich unweigerlich auf die Stabilität der Kommunikationstechnologie auswirkt. Da das Internet der Dinge höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit stellt, ist die Erforschung der Kommunikationstechnologie des Internets der Dinge ein wichtiges Thema für die Kommunikationsbranche. Dieser Artikel geht von der Entwicklung des Internets der Dinge aus und führt eine Untersuchung und Analyse der aktuellen physikalischen Netzwerkkommunikationstechnologie durch.

Mit der rasanten Entwicklung der Netzwerk- und Kommunikationstechnologie steht die Menschheit kurz davor, von der 4G-Ära in die 5G-Ära einzutreten. Die Ankunft der 5G-Ära wird schnellere Netzwerkgeschwindigkeiten mit sich bringen, eine Kommunikationsgrundlage für die Entwicklung des Internets der Dinge schaffen und auch den Frühling des Internets der Dinge bringen. Das Internet der Dinge wird enorme Veränderungen in allen Bereichen des menschlichen Lebens mit sich bringen, und das Internet der Dinge wird auch einen enormen Kommunikationsdruck mit sich bringen. Im Zeitalter des Internets der Dinge ist daher die Kommunikationstechnologie die Grundlage, und die Anforderungen an die Kommunikationstechnologie sind höher als zuvor, vor allem in den Bereichen Industrie, Sicherheit, Militär und anderen Bereichen ist die Sicherheit der Kommunikationstechnologie mit der sozialen Sicherheit, der Volkswirtschaft, dem Lebensunterhalt der Menschen und der gesellschaftlichen Entwicklung verbunden. Da sich das Internet der Dinge schnell entwickeln wird, ist es von großer Bedeutung, die Kommunikationstechnologie des Internets der Dinge sorgfältig zu untersuchen, um die Entwicklung des Internets der Dinge voranzutreiben und die technologische und soziale Entwicklung zu fördern.

Mehrere häufig verwendete IoT-Kommunikationsprotokolle

Da das Internet der Dinge mittlerweile ein heißes Thema ist, geben wir Ihnen hier eine kurze Einführung in verschiedene Kommunikationsprotokolle, die häufig in Geräten des Internets der Dinge verwendet werden.

1. Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine verbesserte Version von Bluetooth. Es ist auch eine der ersten und am weitesten verbreiteten drahtlosen Technologien und kann innerhalb einer kurzen Entfernung von etwa 10 Metern effektiv kommunizieren. Das Konzept von Bluetooth wurde 1989 von Nils Rydbeck von Ericsson vorgeschlagen. Zwischen 2001 und 2004 wurde es weiter optimiert und in Versionen mit geringerem Stromverbrauch und niedrigeren Kosten wie dem Bluetooth Low Energy (BLE) Protokoll oder dem Bluetooth Smart von Nokia weiterentwickelt. Es ist darauf ausgelegt, die Kommunikationsreichweite beizubehalten und gleichzeitig den Energieverbrauch erheblich zu senken. Aufgrund dieser Eigenschaft ist Bluetooth zum dominierenden Protokoll für IoT-Geräte geworden. Derzeit wird es in allen wichtigen Betriebssystemen verwendet, darunter iOS, Android, Microsoft Mobile, Strawberry, OS X, Linux und Windows. Die neueste Version der Bluetooth-Technologie ist 5.0, die das innovative Internet Protocol Support Profile (IPSP) hinzufügt. Derzeit ist die Technologie vollständig für IoT-Geräte entwickelt und optimiert worden.

2. WiFi

WiFi ist ein weiteres Protokoll, das häufig für die Kommunikation zwischen IoT-Geräten verwendet wird. WiFi ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken, da es eine umfangreiche Infrastruktur nutzt, Daten schnell übertragen kann (bis zu Hunderten von Megabyte pro Sekunde) und in der Lage ist, große Datenmengen zu übertragen. Für viele Entwickler von elektronischen Geräten ist WiFi aufgrund der vorhandenen Infrastruktur die beste Wahl. Die Kommunikationsdistanz zwischen zwei Geräten, die WiFI verwenden, beträgt etwa 50 Meter und ist damit wesentlich größer als bei Geräten, die die Bluetooth-Technologie verwenden.

WiFi basiert auf der Normenreihe IEEE 802.11, deren erste Version 1997 veröffentlicht wurde. Diese Version kann Verbindungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s bieten. Der derzeit am häufigsten verwendete Standard für WiFi ist 802.11n auf der Grundlage von IEEE 802.11, aber auch 802.11ac findet immer mehr Verbreitung. Die neueste Version bietet schnellere Kommunikationsgeschwindigkeiten als 802.11n. Obwohl WiFi für die Kommunikation zwischen IoT-Geräten sehr gut geeignet ist, verbraucht sein Betrieb relativ viel Energie. Nichtsdestotrotz ist es derzeit das leistungsfähigste Protokoll für die Dateiübertragung zwischen den meisten IoT-Geräten.

3. ZigBee

ZigBee ist ein drahtloses Kurzstrecken-Kommunikationsprotokoll, das auf dem Standard IEEE 802.15.4 basiert. Seine Betriebsfrequenz liegt bei 2,4 GHz und die Datenrate bei 250 Kbps. ZigBee eignet sich für die effektive Kommunikation zwischen IoT-Geräten, weil es einen geringen Energieverbrauch, hohe Skalierbarkeit, Sicherheit, Beständigkeit und eine hohe Knotenanzahl aufweist. Nicht nur, dass die maximale Anzahl von Knoten im Netzwerk 1024 und die maximale Entfernung 200 Meter erreichen kann, ZigBee kann sogar den 128-Bit-AES-Verschlüsselungsalgorithmus verwenden.

Die ZigBee-Spezifikation (IEEE 802.15.4-2003) wurde erstmals am 14. Dezember 2004 genehmigt und 2005 veröffentlicht. Das ZigBee-Protokoll ist ideal für den Einsatz in der Heimautomatisierung und in großen Industrieanlagen, wo ein geringer Stromverbrauch erforderlich ist und der Datenaustausch zwischen Wohnungen oder Gebäuden bei niedrigen Datenraten nur selten stattfindet. Die Nutzerbasis, die ZigBee als bevorzugten Kommunikationsmodus zwischen IoT-Geräten verwendet, ist groß.

Die neueste Version von ZigBee ist ZigBee 3.0. Diese Version kann als eine Sammlung aller Funktionen mehrerer ZigBee-Funkstandards betrachtet werden. Elektronische Systeme, die einen niedrigen Energieverbrauch erfordern, wie Straßenbeleuchtung und Stromzähler in städtischen Gebieten, verwenden das ZigBee-Protokoll als bevorzugten Kommunikationsmodus zwischen IoT-Geräten. Das ZigBee-Protokoll kann auch in Sicherheitssystemen und intelligenten Häusern verwendet werden.

4. Z-Wave

Ähnlich wie ZigBee ist Z-Wave ein stromsparendes Funkkommunikationsprotokoll, das hauptsächlich in Hausautomatisierungssystemen und elektronischen Geräten wie Lichtsteuerungen und Sensoren eingesetzt wird. Die Frequenz des Z-Wave-Kommunikationsprotokolls liegt bei 900 MHz und die Reichweite beträgt 30-100 Meter. Daher sind die Interferenzen zwischen diesem Protokoll und anderen drahtlosen Protokollen (wie WiFi, Bluetooth, ZigBee, die mit 2,4 GHz arbeiten, usw.) vernachlässigbar. Die Datenübertragungsraten liegen zwischen ca. 40kbps und 100kbps.

Das Z-Wave-Protokoll ist im Vergleich zu anderen Protokollen einfacher, so dass es schneller entwickelt werden kann. Die in Z-Wave verwendeten Funkfrequenzbänder sind länderspezifisch. Zum Beispiel 868,42 MHz SRD-Band (Europa), 900 MHz ISM oder 908,42 MHz-Band (Vereinigte Staaten), 916 MHz-Band (Israel), 919,82 MHz-Band (Hongkong), 921,42 MHz-Band (Australien/Neuseeland), 865,2 MHz-Band (Indien).

5. Weitreichendes Weitverkehrsnetz (LoRaWAN)

Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Kommunikationsprotokoll, das hauptsächlich für batteriebetriebene drahtlose IoT-Geräte mit großer Reichweite auf regionaler, nationaler oder globaler Ebene verwendet wird. Es ist bekannt für seine Fähigkeit, über große Entfernungen mit minimalem Stromverbrauch zu kommunizieren und Signale trotz Rauschpegel zu erkennen. Das Protokoll wird vor allem in intelligenten Städten eingesetzt, in denen große Netzwerke mit Millionen von Geräten verbunden sind, die mit kleineren Batterien und Speichern betrieben werden. Die Datenübertragungsrate von LoRaWAN beträgt 0,3 kbit/s bis 50 kbit/s.

Ein praktisches Beispiel für die Verwendung des LoRaWAN-Protokolls ist die intelligente Straßenbeleuchtung, bei der die Straßenlampen über das LoRaWAN-Protokoll mit einem LoRa-Gateway verbunden sind. Das Gateway ist dann mit einer Cloud-Anwendung verbunden, die die Helligkeit der Glühbirnen vollständig steuert und sie auf der Grundlage der natürlichen Beleuchtung in der Umgebung anpasst.

6. Nahfeldkommunikation (NFC)

Die Nahfeldkommunikation (NFC) ist ein einfaches und sicheres Protokoll, das die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen IoT-Geräten vereinfacht. Es nutzt hauptsächlich die elektromagnetische Induktion im Nahfeld durch zwei Schleifenantennen. Es wurde für Smartphones entwickelt und ermöglicht es den Nutzern, kontaktlose Zahlungstransaktionen durchzuführen. Außerdem können die Nutzer damit auf elektronische Inhalte zugreifen und elektronische Geräte miteinander verbinden. Im Grunde erweitert sie die Möglichkeiten der kontaktlosen Kartentechnologie, so dass IoT-Geräte in einem Abstand von weniger als 4 Zentimetern Informationen austauschen können.

Die Datenrate des NFC-Protokolls beträgt 106kbps bis 424kbps. Da das NFC-Protokoll ein Kurzstrecken-Kommunikationsprotokoll ist, verbraucht es weniger Strom. Es braucht weniger Zeit zum Einrichten und erfordert keine Gerätekopplung. Aufgrund der kurzen Reichweite ist auch das Potenzial für schädliche Interferenzen mit anderen Netzen in der Umgebung deutlich geringer.

Entwicklung des Internets der Dinge

1.1 Schrittweise Entwicklung des Internets der Dinge

Im Jahr 1999 gründete das MIT das "Automatic Identification Center" und erläuterte das Konzept des Internets der Dinge. In diesem Konzept wurde jedoch hauptsächlich die Verwendung von Funkfrequenzen für das Internet der Dinge erwähnt, und der Umfang war relativ gering. Im Jahr 2005 wurde auf dem Weltgipfel über die Informationsgesellschaft in Tunesien das Konzept des Internets der Dinge offiziell genannt, und das Konzept des Internets der Dinge ging offiziell in die Geschichte ein. In der Folge begannen Länder auf der ganzen Welt, sich auf die Entwicklung des Internets der Dinge zu konzentrieren. Im November 2008 wurde auf dem China Mobile Government Affairs Seminar an der Universität Peking die mobile Technologie "Wissen und Innovation 2.0" vorgeschlagen. Chinas Prozess des Internets der Dinge begann sich ebenfalls zu beschleunigen. Im Jahr 2009 schlug die Europäische Union den Europäischen Aktionsplan für das Internet der Dinge vor. Im selben Jahr schlug Obama bei seinem Amtsantritt als Generalsekretär der Vereinigten Staaten auf einer Sitzung der amerikanischen Industrie- und Handelskonferenz das Konzept des "Smart Planet" vor. Seit 2010 haben die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission und das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie eine Vielzahl von IoT-Industriestandards und damit zusammenhängende unterstützende Richtlinien herausgegeben, und die Entwicklung des IoT wurde in den "Government Work Report" aufgenommen. Im Jahr 2011 hat die IoT-Branche ein Marktvolumen von mehr als 260 Milliarden Yuan erreicht.

1.2 Anwendungsbereich und Anwendungsfälle des Internets der Dinge

Allgemein gesprochen wird das physische Netz in Zukunft in jeden Winkel des menschlichen Lebens eindringen. Die so genannte intelligente Gesellschaft, die Gesellschaft der Zukunft und sogar die elektronischen Geräte in aktuellen Science-Fiction-Filmen sind alles Bereiche, die das Internet der Dinge einbeziehen wird. Konkret bedeutet dies, dass das Internet der Dinge eine wichtige Rolle im intelligenten Verkehrswesen, im Umweltschutz, in der öffentlichen Sicherheit, in Regierungsbehörden, in intelligenten Häusern, in intelligenten Gemeinschaften, in der industriellen Produktion, in der Umweltüberwachung, in der Patientenversorgung, im Blumenanbau und in anderen Bereichen spielen und sich allmählich auf alle Aspekte des menschlichen Lebens ausweiten wird. In Zukunft wird eine große Anzahl von Sensoren in Stromnetzen, Eisenbahnen, Brücken, Tunneln oder anderen Unternehmen installiert werden. Allmähliche Standardisierung, Elektronisierung und Vereinheitlichung des Tagesgeschäfts der einzelnen Abteilungen der Hochschule und gemeinsame Nutzung verschiedener Informationsressourcen zur Bereitstellung von Entscheidungsinformationen für die Hochschulleitung und das Management, Verbesserung der Verwaltungsebene der Hochschule und Realisierung humanisierter und intelligenter mobiler Dienste Office-Mikroanwendungsplattform.

3Inhalt recherchieren

Gemäß dem neuen Konzept des "Internet" ist auch das Büromodell in eine neue Ära eingetreten, und mobile Büro-Mikroanwendungen bereichern allmählich das Leben der Menschen. Das Design kombiniert verschiedene Workflow-Frameworks und verwendet HTML5 CSS3 als interaktives Frontend für den mobilen Client, MY-SQL zum Speichern von Daten und das EasyUI SpringMVC Spring Hibernate Framework zur Entwicklung des Servers. Spezifische Forschungsanwendungen sind wie folgt:

(1) Entwicklung einer mobilen APP-Client-Software und Nutzung von 3G- und 4G-Mobilfunknetzen. Die Benutzer können sich über ihre Mobiltelefone bei der Mikroanwendungsplattform für das mobile Büro anmelden und so zeit- und ortsunabhängig offizielle Dokumente und andere Geschäftsvorgänge jederzeit und überall bearbeiten.

(2) Um ein personalisiertes Büro zu schaffen, umfassen die Hauptfunktionen das An- und Abmelden des Benutzers sowie die Bereitstellung einiger bequemer täglicher Bürodienste. Die Vorgänge können entsprechend den persönlichen Gewohnheiten angepasst werden, wie z. B. die Verwaltung persönlicher Informationen, das Einstellen von Aufgabenerinnerungen oder Memos usw.

(3) Der gesamte Prozess des amtlichen Dokumentenumlaufs ist papierlos, mit dem Workflow als Kernstück, und der gesamte Prozess von der Erstellung, Bearbeitung, Überprüfung, Umlauf, Versand, Archivierung und Überprüfung amtlicher Dokumente wird online oder über einen mobilen Client abgewickelt.

(4) Über die SMS-Plattform oder die Punkt-zu-Punkt-Sofortnachrichten-Technologie werden den Knotenpunktnutzern während der Bearbeitung der offiziellen Dokumente Erinnerungen und Informationen in Echtzeit zur Verfügung gestellt, was Zeit spart und die Effizienz verbessert.

(5) Mit Hilfe von Cloud-Diensten oder internen E-Mail-Plattformen können die Kommunikation und die Kommunikation zwischen den Nutzern sowie die Informationsübertragung und die gemeinsame Nutzung von Online-Ressourcen-Dateien realisiert werden.

4 Schlussfolgerung

Kurz gesagt, die Anwendung der mobilen Büro-Mikroanwendungsplattform ist auch ein neues Büromodell in Berufsschulen. Das auf Workflow basierende SSH EasyUI MYSQL H5 Framework wird die Effizienz der Verwaltungsbüros in Berufsschulen verbessern. Der Informationsaufbau von Berufsschulen und die Integration von Mikroanwendungsplattformen für mobile Büros werden den Verwaltungsbüros personalisierte und charakteristische Effekte hinzufügen. Daher wird die oben genannte angewandte Forschung auch Lehren aus mehr

Optimieren Sie ausgereiftere Fälle. Die Big-Data-Analyse wird kombiniert, um die Skalierbarkeit der Plattform zu vervollständigen, und die Zuverlässigkeit wird durch Benutzerfreundlichkeit usw. überprüft. Die konkreten praktischen Auswirkungen müssen jedoch noch weiter umgesetzt und überprüft werden, und es bedarf einer kontinuierlichen Verbesserung.

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