11 giao thức Internet of Things (IoT) bạn cần biết

Tùy thuộc vào ứng dụng, các yếu tố như phạm vi, yêu cầu dữ liệu, bảo mật và nhu cầu điện năng cũng như thời lượng pin sẽ quyết định việc lựa chọn một hoặc một số hình thức kết hợp công nghệ. Đây là một số công nghệ truyền thông chính được cung cấp cho các nhà phát triển.

Bluetooth 
Tất nhiên, một công nghệ truyền thông tầm ngắn quan trọng là Bluetooth, công nghệ này đã trở nên rất quan trọng trong lĩnh vực máy tính và nhiều thị trường sản phẩm tiêu dùng. Nó được kỳ vọng là chìa khóa cho các sản phẩm đeo được nói riêng, một lần nữa kết nối với IoT mặc dù có thể thông qua điện thoại thông minh trong nhiều trường hợp. Bluetooth mới năng lượng thấp (BLE) - hay Bluetooth Smart, như bây giờ đã được gắn nhãn hiệu - là một giao thức quan trọng cho các ứng dụng IoT. Điều quan trọng là, mặc dù nó cung cấp phạm vi tương tự như Bluetooth nhưng nó đã được thiết kế để giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.
Tuy nhiên, Smart / BLE không thực sự được thiết kế để truyền tệp và phù hợp hơn với các khối dữ liệu nhỏ. Nó chắc chắn có một lợi thế lớn trong bối cảnh thiết bị cá nhân hơn so với nhiều công nghệ cạnh tranh do nó được tích hợp rộng rãi trong điện thoại thông minh và nhiều thiết bị di động khác. Theo Bluetooth SIG, hơn 90% điện thoại thông minh hỗ trợ Bluetooth, bao gồm cả các mẫu chạy iOS, Android và Windows, dự kiến ​​sẽ là 'Sẵn sàng thông minh' vào năm 2018.
Các thiết bị sử dụng các tính năng Bluetooth Smart kết hợp Thông số kỹ thuật cốt lõi của Bluetooth phiên bản 4.0 (hoặc cao hơn - phiên bản mới nhất là phiên bản 4.2 được công bố vào cuối năm 2014) với cấu hình lõi năng lượng thấp và tốc độ dữ liệu cơ bản kết hợp cho bộ thu phát RF, băng tần cơ sở và ngăn xếp giao thức . Quan trọng là, phiên bản 4.2 thông qua Cấu hình hỗ trợ giao thức Internet sẽ cho phép các cảm biến Bluetooth Smart truy cập Internet trực tiếp thông qua kết nối 6LoWPAN (thông tin thêm về điều này bên dưới). Kết nối IP này giúp bạn có thể sử dụng cơ sở hạ tầng IP hiện có để quản lý các thiết bị Bluetooth Smart 'edge'. Thông tin thêm về Bluetooth 4.2 có sẵn tại đây và một loạt các mô-đun Bluetooth có sẵn từ RS.
Tiêu chuẩn: Đặc điểm kỹ thuật lõi Bluetooth 4.2
Tần số: 2.4GHz (ISM)
Phạm vi: 50-150m (Thông minh / BLE)
Tốc độ dữ liệu: 1Mbps (Smart / BLE)

Zigbee 
ZigBee, giống như Bluetooth, có một cơ sở hoạt động được cài đặt lớn, mặc dù có lẽ truyền thống nhiều hơn trong các môi trường công nghiệp. ZigBee PRO và ZigBee Remote Control (RF4CE), trong số các cấu hình ZigBee có sẵn khác, dựa trên giao thức IEEE802.15.4, là công nghệ mạng không dây tiêu chuẩn ngành hoạt động ở 2.4GHz nhắm mục tiêu các ứng dụng yêu cầu trao đổi dữ liệu tương đối thường xuyên ở mức dữ liệu thấp- tỷ lệ trong một khu vực hạn chế và trong phạm vi 100m chẳng hạn như trong nhà hoặc tòa nhà.
ZigBee / RF4CE có một số lợi thế đáng kể trong các hệ thống phức tạp cung cấp hoạt động tiêu thụ điện năng thấp, bảo mật cao, mạnh mẽ và khả năng mở rộng cao với số lượng nút cao và có vị trí tốt để tận dụng điều khiển không dây và mạng cảm biến trong các ứng dụng M2M và IoT. Phiên bản mới nhất của ZigBeelà phiên bản 3.0 mới ra mắt gần đây, về cơ bản là sự hợp nhất của các tiêu chuẩn không dây ZigBee khác nhau thành một tiêu chuẩn duy nhất. Một sản phẩm và bộ ví dụ để phát triển ZigBee là IC hệ thống trên chip CC2538SF53RTQT ZigBee của TI của TI (827-4647) và CC2538 ZigBee Development Kit(819-7414)
Tiêu chuẩn: ZigBee 3.0 dựa trên IEEE802.15.4
Tần số: 2,4 GHz
Phạm vi: 10-100m
Tốc độ dữ liệu: 250kbps

Z-Wave 
Z-Wave là công nghệ truyền thông RF công suất thấp chủ yếu được thiết kế để tự động hóa gia đình cho các sản phẩm như bộ điều khiển đèn và cảm biến trong số nhiều sản phẩm khác. Được tối ưu hóa để giao tiếp đáng tin cậy và có độ trễ thấp đối với các gói dữ liệu nhỏ với tốc độ dữ liệu lên đến 100kbit / s, nó hoạt động ở băng tần dưới 1GHz và không bị nhiễu từ WiFi và các công nghệ không dây khác trong phạm vi 2,4 GHz như Bluetooth hoặc ZigBee. Nó hỗ trợ mạng lưới đầy đủ mà không cần nút điều phối và có khả năng mở rộng rất cao, cho phép kiểm soát lên đến 232 thiết bị. Z-Wave sử dụng một giao thức đơn giản hơn một số giao thức khác, có thể cho phép phát triển nhanh hơn và đơn giản hơn, nhưng nhà sản xuất chip duy nhất là Sigma Designs so với nhiều nguồn cho các công nghệ không dây khác như ZigBee và những người khác.
Tiêu chuẩn: Z-Wave Alliance ZAD12837 / ITU-T G.9959
Tần số: 900MHz (ISM)
Phạm vi: 30m
Tốc độ dữ liệu: 9,6 / 40 / 100kbit / s

6LowPAN 
Công nghệ dựa trên IP (Giao thức Internet) quan trọng là 6LowPAN (Mạng cá nhân không dây công suất thấp IPv6). Thay vì là một công nghệ giao thức ứng dụng IoT như Bluetooth hoặc ZigBee, 6LowPAN là một giao thức mạng xác định cơ chế đóng gói và nén tiêu đề. Tiêu chuẩn này có quyền tự do về dải tần và lớp vật lý và cũng có thể được sử dụng trên nhiều nền tảng truyền thông, bao gồm Ethernet, Wi-Fi, 802.15.4 và ISM dưới 1GHz. Một thuộc tính quan trọng là ngăn xếp IPv6 (Giao thức Internet phiên bản 6), đây là phần giới thiệu rất quan trọng trong những năm gần đây để kích hoạt IoT. IPv6 là sự kế thừa của IPv4 và cung cấp khoảng 5 x 10 28địa chỉ cho mọi người trên thế giới, cho phép bất kỳ đối tượng hoặc thiết bị nhúng nào trên thế giới có địa chỉ IP duy nhất của riêng mình và kết nối với Internet. Đặc biệt được thiết kế để tự động hóa gia đình hoặc tòa nhà, chẳng hạn như IPv6 cung cấp cơ chế vận chuyển cơ bản để tạo ra các hệ thống điều khiển phức tạp và giao tiếp với các thiết bị theo cách tiết kiệm chi phí thông qua mạng không dây công suất thấp.
Được thiết kế để gửi các gói IPv6 qua các mạng dựa trên IEEE802.15.4 và triển khai các tiêu chuẩn IP mở bao gồm TCP, UDP, HTTP, COAP, MQTT và websockets, tiêu chuẩn này cung cấp các nút địa chỉ đầu cuối, cho phép bộ định tuyến kết nối mạng với IP. 6LowPAN là một mạng lưới mạnh mẽ, có thể mở rộng và tự phục hồi. Các thiết bị bộ định tuyến dạng lưới có thể định tuyến dữ liệu dành cho các thiết bị khác, trong khi các máy chủ có thể ngủ trong thời gian dài. Giải thích về 6LowPAN có sẵn tại đây với sự hỗ trợ của TI.
Tiêu chuẩn: RFC6282
Tần số: (được điều chỉnh và sử dụng trên nhiều phương tiện mạng khác bao gồm Bluetooth Smart (2.4GHz) hoặc ZigBee hoặc RF công suất thấp (sub-1GHz)
Phạm vi: N / A
Tốc độ dữ liệu: N / A

Thread 
Một giao thức mạng IPv6 dựa trên IP rất mới nhằm vào môi trường tự động hóa gia đình là Thread. Dựa trên 6LowPAN, và cũng giống như nó, nó không phải là một giao thức ứng dụng IoT như Bluetooth hoặc ZigBee. Tuy nhiên, từ quan điểm ứng dụng, nó chủ yếu được thiết kế như một sự bổ sung cho WiFi vì nó thừa nhận rằng mặc dù WiFi tốt cho nhiều thiết bị tiêu dùng nhưng nó có những hạn chế để sử dụng trong thiết lập tự động hóa tại nhà.
Được ra mắt vào giữa năm 2014 bởi Thread Group , giao thức miễn phí bản quyền dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau bao gồm IEEE802.15.4 (là giao thức giao diện không dây), IPv6 và 6LoWPAN, đồng thời cung cấp giải pháp dựa trên IP linh hoạt cho IoT. Được thiết kế để hoạt động trên silicon không dây IEEE802.15.4 hiện có từ các nhà cung cấp chip như Freescale và Silicon Labs, Thread hỗ trợ mạng lưới sử dụng bộ thu phát vô tuyến IEEE802.15.4 và có khả năng xử lý tới 250 nút với mức độ xác thực và mã hóa cao. Nâng cấp phần mềm tương đối đơn giản sẽ cho phép người dùng chạy luồng trên các thiết bị hỗ trợ IEEE802.15.4 hiện có.
Tiêu chuẩn: Chủ đề, dựa trên IEEE802.15.4 và 6LowPAN
Tần số: 2.4GHz (ISM)
Phạm vi: N / A
Tốc độ dữ liệu: N / A

Wifi 
Kết nối WiFi thường là một lựa chọn hiển nhiên đối với nhiều nhà phát triển, đặc biệt là với sự phổ biến của WiFi trong môi trường gia đình trong các mạng LAN. Nó yêu cầu giải thích thêm một chút ngoại trừ việc nêu rõ ràng rằng rõ ràng có một cơ sở hạ tầng hiện có rộng rãi cũng như cung cấp khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và khả năng xử lý số lượng lớn dữ liệu.
Hiện tại, tiêu chuẩn WiFi phổ biến nhất được sử dụng trong gia đình và nhiều doanh nghiệp là 802.11n, cung cấp thông lượng nghiêm trọng trong khoảng hàng trăm megabit mỗi giây, rất tốt cho việc truyền tệp, nhưng có thể quá tốn điện đối với nhiều ứng dụng IoT. Một loạt các bộ công cụ phát triển RF được thiết kế để xây dựng các ứng dụng dựa trên WiFi có sẵn từ RS.
Tiêu chuẩn: Dựa trên 802.11n (cách sử dụng phổ biến nhất trong gia đình ngày nay)
Tần số: băng tần 2.4GHz và 5GHz
Phạm vi: Khoảng 50m
Tốc độ dữ liệu: tối đa 600 Mbps, nhưng 150-200 Mbps là điển hình hơn, tùy thuộc vào tần số kênh được sử dụng và số lượng ăng-ten (chuẩn 802.11-ac mới nhất nên cung cấp 500 Mbps đến 1Gbps)

Sóng Di động 
Bất kỳ ứng dụng IoT nào yêu cầu hoạt động trên khoảng cách xa hơn đều có thể tận dụng khả năng giao tiếp di động GSM / 3G / 4G. Mặc dù mạng di động rõ ràng có khả năng gửi số lượng lớn dữ liệu, đặc biệt là đối với 4G, chi phí và mức tiêu thụ điện năng cũng sẽ quá cao đối với nhiều ứng dụng, nhưng nó có thể lý tưởng cho các dự án dữ liệu băng thông thấp dựa trên cảm biến sẽ gửi rất thấp lượng dữ liệu qua Internet. Một sản phẩm chủ chốt trong lĩnh vực này là dòng sản phẩm SparqEE , bao gồm bảng phát triển CELLv1.0 cực nhỏ ban đầu và một loạt bảng kết nối khiên để sử dụng với nền tảng Raspberry Pi và Arduino.
Tiêu chuẩn: GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G)
Tần số: 900/1800/1900 / 2100MHz
Phạm vi: tối đa 35km cho GSM; Tối đa 200km đối với HSPA
Tốc độ dữ liệu (tải xuống thông thường): 35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)

NFC 
NFC (Giao tiếp trường gần) là công nghệ cho phép tương tác hai chiều đơn giản và an toàn giữa các thiết bị điện tử và đặc biệt có thể áp dụng cho điện thoại thông minh, cho phép người tiêu dùng thực hiện các giao dịch thanh toán không tiếp xúc, truy cập nội dung kỹ thuật số và kết nối các thiết bị điện tử. Về cơ bản, nó mở rộng khả năng của công nghệ thẻ không tiếp xúc và cho phép các thiết bị chia sẻ thông tin ở khoảng cách nhỏ hơn 4cm. Thông tin thêm có sẵn tại đây .
Tiêu chuẩn: ISO / IEC 18000-3
Tần số: 13,56MHz (ISM)
Phạm vi: 10cm
Tốc độ dữ liệu: 100–420kbps

Sigfox 
Một công nghệ phạm vi rộng thay thế là Sigfox, xét về phạm vi giữa WiFi và mạng di động. Nó sử dụng các băng tần ISM, được sử dụng miễn phí mà không cần xin giấy phép, để truyền dữ liệu qua một phổ rất hẹp đến và đi từ các đối tượng được kết nối. Ý tưởng của Sigfox là đối với nhiều ứng dụng M2M chạy bằng pin nhỏ và chỉ yêu cầu mức độ truyền dữ liệu thấp, thì phạm vi của WiFi quá ngắn trong khi mạng di động quá đắt và cũng tiêu tốn quá nhiều năng lượng. Sigfox sử dụng công nghệ gọi là Ultra Narrow Band (UNB) và chỉ được thiết kế để xử lý tốc độ truyền dữ liệu thấp từ 10 đến 1.000 bit mỗi giây. Nó chỉ tiêu thụ 50 microwatts so với 5000 microwatts cho giao tiếp di động hoặc có thể cung cấp thời gian chờ thông thường 20 năm với pin 2,5Ah trong khi chỉ 0,2 năm đối với di động.
Đã được triển khai trên hàng chục nghìn đối tượng được kết nối, mạng hiện đang được triển khai ở các thành phố lớn trên khắp châu Âu, bao gồm cả mười thành phố ở Vương quốc Anh. Mạng này cung cấp một mạng mạnh mẽ, tiết kiệm năng lượng và có thể mở rộng, có thể giao tiếp với hàng triệu thiết bị chạy bằng pin trên các khu vực có diện tích vài km vuông, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng M2M khác nhau dự kiến ​​bao gồm đồng hồ thông minh, màn hình bệnh nhân, thiết bị bảo mật, ánh sáng đường phố và cảm biến môi trường. Hệ thống Sigfox sử dụng silicon như bộ thu phát không dây EZRadioPro(759-4925) từ Silicon Labs, nơi cung cấp hiệu suất không dây hàng đầu trong ngành, phạm vi mở rộng và tiêu thụ điện năng cực thấp cho các ứng dụng mạng không dây hoạt động ở băng tần dưới 1GHz.
Tiêu chuẩn: Sigfox
Tần số: 900MHz
Phạm vi: 30-50km (môi trường nông thôn), 3-10km (môi trường đô thị)
Tốc độ dữ liệu: 10-1000bps

Neul 
Tương tự như ý tưởng của Sigfox và hoạt động ở băng tần phụ 1GHz, Neul tận dụng các lát rất nhỏ của phổ White Space của TV để mang lại khả năng mở rộng cao, vùng phủ sóng cao, công suất thấp và mạng không dây chi phí thấp. Các hệ thống dựa trên chip Iceni, giao tiếp bằng cách sử dụng radio không gian trắng để truy cập phổ UHF chất lượng cao, hiện đã có sẵn do quá trình chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang kỹ thuật số. Công nghệ truyền thông được gọi là Weightless, là một công nghệ mạng không dây diện rộng mới được thiết kế cho IoT nhằm cạnh tranh phần lớn với các giải pháp GPRS, 3G, CDMA và LTE WAN hiện có. Tốc độ dữ liệu có thể là bất cứ thứ gì, từ vài bit / giây lên đến 100kbps trên cùng một liên kết duy nhất; và các thiết bị có thể tiêu thụ ít nhất 20 đến 30mA từ pin 2xAA, nghĩa là 10 đến 15 năm trong lĩnh vực này.
Tiêu chuẩn: Neul
Tần số: 900MHz (ISM), 458MHz (Anh), 470-790MHz (Khoảng trắng)
Phạm vi: 10km
Tốc độ dữ liệu: Vài bps lên đến 100kbps

LoRaWAN 
Một lần nữa, tương tự như Sigfox và Neul ở một số khía cạnh, LoRaWAN nhắm mục tiêu vào các ứng dụng mạng diện rộng (WAN) và được thiết kế để cung cấp mạng WAN công suất thấp với các tính năng đặc biệt cần thiết để hỗ trợ giao tiếp hai chiều an toàn di động chi phí thấp trong IoT, M2M và thành phố thông minh và các ứng dụng công nghiệp. Được tối ưu hóa để tiêu thụ điện năng thấp và hỗ trợ các mạng lớn với hàng triệu triệu thiết bị, tốc độ dữ liệu nằm trong khoảng từ 0,3 kbps đến 50 kbps.
Tiêu chuẩn: LoRaWAN
Tần số: Nhiều
Phạm vi: 2-5km (môi trường nội thành), 15km (môi trường ngoại thành)
Tốc độ dữ liệu: 0,3-50 kbps.