Da die Anzahl der IoT-Geräte kontinuierlich zunimmt, ist die Kommunikation oder Konnektivität zwischen diesen Geräten zu einem wichtigen Thema geworden. Laut einer Studie von Gartner wird das Internet der Dinge bis 2020 20,4 Milliarden Geräte erreichen. Es stehen verschiedene IoT-Kommunikationsprotokolle zur Verfügung, die über unterschiedliche Funktionen, Datenraten, Kommunikationsreichweiten, Leistung und Speicher verfügen. Und jeder von ihnen hat Vor- und Nachteile in Bezug auf einen oder mehrere dieser Faktoren. Einige der Kommunikationsprotokolle eignen sich für den Einsatz in kleinen Haushaltsgeräten, während einige andere in großen Smart-City-Projekten verwendet werden können.
Wichtige IoT-Kommunikationsprotokolle
Da IoT für IT-Profis zu einem heißen Feld geworden ist, finden Sie hier einen kurzen Überblick über die wichtigsten IoT-Kommunikationsprotokolle, die unter den IoT-Geräten am häufigsten verwendet werden.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) ist eine erweiterte Version von Bluetooth, einer der ältesten und am weitesten verbreiteten drahtlosen Technologien für eine effektive Kommunikation innerhalb der kurzen Reichweite von etwa 10 Metern. Das Konzept von Bluetooth wurde 1989 von Nils Rydbeck bei Ericsson Mobile in Schweden initiiert. Zwischen 2001 und 2004 wurde dies als geringerer Stromverbrauch und kostengünstigere Version weiter optimiert Bluetooth Low Energy Protocol oder Bluetooth Smart von Nokia. Es wurde entwickelt, um einen deutlich reduzierten Stromverbrauch bei gleichzeitiger Beibehaltung der Kommunikationsreichweite zu bieten. Aufgrund dieses Attributs ist Bluetooth das führende Protokoll, das von IoT-Geräten verwendet wird. Es wird derzeit von allen wichtigen Betriebssystemen wie iOS, Android, Windows Phone, Blackberry, OS X, Linux und Windows verwendet. Die neueste Version der Bluetooth-Technologie, Version 5.0, fügt ein innovatives Internetprotokoll-Unterstützungsprofil hinzu. Es wurde komplett für das Internet der Dinge Geräte entwickelt und optimiert.
WiFi
WiFi ist ein weiteres weit verbreitetes Protokoll für die Kommunikation zwischen IoT-Geräten. WiFi ist zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Lebens geworden, da es eine breite Palette von Infrastrukturen nutzt, schnelle Datenübertragungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu Hunderten von Megabit pro Sekunde bietet und große Datenmengen verarbeiten kann. Für viele Entwickler elektronischer Geräte ist dies aufgrund der Infrastruktur, die es trägt, die am meisten bevorzugte Wahl. Die Reichweite für die Kommunikation zwischen zwei Geräten über WLAN beträgt ungefähr 50 Meter, was viel höher ist als bei Geräten, die mit Bluetooth-Technologie kommunizieren.
WiFi basiert auf der Standardfamilie IEEE 802.11 und seine erste Version wurde 1997 veröffentlicht. Diese Version war in der Lage, bis zu 2 Mbit / s Verbindungsgeschwindigkeiten zu liefern. Derzeit ist der häufigste Standard von WiFi 802.11n, der auf IEEE 802.11 basiert, aber auch die Verwendung von 802.11ac nimmt rapide zu. Die neueste Version bietet eine noch schnellere Kommunikation als 802.11n. Obwohl WiFi ein sehr geeignetes Protokoll für die Kommunikation zwischen IoT-Geräten ist, verbraucht es viel Strom für seinen Betrieb. Es ist jedoch das derzeit leistungsstärkste Protokoll für Dateiübertragungen zwischen den meisten IoT-Geräten.
ZigBee
ZigBee ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll mit kurzer Reichweite, das auf dem IEEE 802.15.4-Standard basiert und auf der Frequenz von 2,4 GHz mit einer Datenrate von 250 kbit / s arbeitet. Die Hauptattribute, die ZigBee für eine effektive Kommunikation zwischen IoT-Geräten geeignet machen, sind geringer Stromverbrauch, hohe Skalierbarkeit, Sicherheit und Langlebigkeit sowie hohe Knotenzahlen. Während die maximale Anzahl von Knoten im Netzwerk 1024 mit einer Reichweite von bis zu 200 Metern betragen kann, kann ZigBee sogar eine 128-Bit-AES-Verschlüsselung verwenden.
Die ZigBee-Spezifikation (IEEE 802.15.4-2003) wurde erstmals am Dez. 14, 2004, und wurde 2005 zur Verfügung gestellt. Das ZigBee-Protokoll ist ideal für den Einsatz in der Hausautomation und an großen Industriestandorten geeignet, an denen ein geringer Stromverbrauch erforderlich ist und der Datenaustausch zwischen Haus oder Gebäude bei niedrigen Datenraten selten ist. Es gibt eine Vielzahl von Benutzern, die ZigBee als bevorzugten Kommunikationsmodus zwischen IoT-Geräten verwenden.
Die neueste Version ist ZigBee 3.0, die als mehrere ZigBee-Funkstandards betrachtet werden kann, bei denen alle Funktionen zu einem kombiniert werden. Die elektrischen Systeme wie Straßenbeleuchtung und Stromzähler in städtischen Gebieten, die einen geringen Stromverbrauch erfordern, verwenden das ZigBee-Protokoll als bevorzugten Kommunikationsmodus zwischen IoT-Geräten. Das ZigBee-Protokoll kann auch mit Sicherheitssystemen und Smart Homes verwendet werden.
Z-Welle
Ähnlich wie ZigBee, Z-Welle ist eine low-power-radio frequenz kommunikation protokoll, dass ist in erster linie entwickelt für home automation systeme und elektronische geräte wie lampe controller und sensoren. Die Frequenz des Z-Wave-Kommunikationsprotokolls beträgt 900 MHz und die Reichweite beträgt etwa 30 bis 100 Meter, weshalb die Interferenz dieses Protokolls mit anderen drahtlosen Kommunikationsprotokollen wie WiFi, Bluetooth und ZigBee (die mit 2,4 GHz arbeiten) vernachlässigbar ist. Seine Datenrate reicht ungefähr von 40 kbit / s bis 100 kbit / s.
Z-Wave ist ein einfacheres Protokoll als alle anderen Protokolle und kann daher einfach und viel schneller entwickelt werden. Das in Z-Wave verwendete Funkfrequenzband ist länderspezifisch. Zum Beispiel gibt es eine 868.42-MHz-SRD-Band (Europa), ein 900-MHz-ISM- oder 908,42-MHz-Band (USA), 916 MHz (Israel), 919,82 MHz (Hongkong), 921,42 MHz (Australien / Neuseeland) und 865,2 MHz (Indien).
LoRaWAN
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Protokoll, das in erster Linie für drahtlose batteriebetriebene IoT-Geräte mit großer Reichweite in regionalen, nationalen oder globalen Netzwerken bestimmt ist. Es ist speziell für seine Fähigkeit bekannt, im Fernbereich mit dem geringsten Stromverbrauch zu kommunizieren und die Signale unterhalb des Geräuschpegels zu erkennen. Dieses Protokoll wird hauptsächlich in intelligenten Städten verwendet, in denen es ein großes Netzwerk mit Millionen und Abermillionen von miteinander verbundenen Geräten gibt, die mit weniger Strom und Speicher funktionieren, kostengünstige mobile sichere Kommunikation in IoT-Geräten und eine breite Palette von industriellen Anwendungen. Es hat eine Datenrate von 0,3 kbit / s bis 50 kbit / s.
Smart Street Lighting ist ein praktisches Beispiel für das System mit LoRaWAN-Protokoll, bei dem die Straßenlaternen mit dem LoRa-Gateway verbunden sind, das das LoRaWAN-Protokoll verwendet. Das Gateway ist wiederum mit einer Cloud-Anwendung verbunden, die die Helligkeit von Glühbirnen basierend auf der natürlichen Beleuchtung in der Umgebung vollständig steuert. Es hilft erheblich bei der Reduzierung des Stromverbrauchs während der Tagesstunden durch Dimmen der Glühbirnen.
Near Field Communication
Near Field Communication (NFC) ist ein einfaches und sicheres Protokoll, das die bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen IoT-Geräten erleichtert. Es verwendet hauptsächlich elektromagnetische Induktion zwischen zwei Schleifenantennen, die sich in der Nähe des Feldes befinden. Es wurde speziell für Smartphones entwickelt, mit denen Kunden kontaktlose Zahlungstransaktionen durchführen können. Es hilft den Benutzern auch, auf digitale Inhalte zuzugreifen und elektronische Geräte anzuschließen. Grundsätzlich erweitert es die Fähigkeit der kontaktlosen Kartentechnologie und ermöglicht IoT-Geräten, Informationen in einer Entfernung von etwa weniger als 4 Zentimetern auszutauschen.
Die Datenrate des NFC-Protokolls reicht von 106 kbit / s bis 424 kbit / s. Da das NFC-Protokoll ein Kommunikationsprotokoll mit kurzer Reichweite ist, verbraucht es weniger Strom. Die Einrichtung dauert weniger Zeit und erfordert kein Pairing von Geräten. Aufgrund der Kurzstreckenkommunikation wird die Möglichkeit unerwünschter Interferenzen mit anderen in der Umgebung vorhandenen Netzwerken stark reduziert.
IoT-Kommunikationsprotokolle: ‚Beste Option‘ vs. ‚am besten geeignete Option‘
Heute sind die am häufigsten verwendeten IoT-Kommunikationsprotokolle Bluetooth und WiFi, aber die Nahfeldkommunikation schreitet schnell voran. Es ist schwierig zu entscheiden, welches der oben diskutierten Kommunikationsprotokolle für IoT-Geräte am besten geeignet ist, aber der Gewinner wäre derjenige, der in den meisten neu hergestellten IoT-Geräten und -Telefonen zu einem komfortablen Preis leicht verfügbar ist. Basierend auf den derzeit vielfältigen Anwendungsfällen könnte es jedoch eher darum gehen, die „am besten geeignete“ Option zu finden, anstatt die „beste“ Option zu finden, abhängig von den Anforderungen. Wenn Sie beispielsweise große Datenmengen und Dateien über das Netzwerk übertragen müssen, ist WLAN die ideale Wahl, während NFC die Liste anführt, wenn Sie sofortige Zahlungen mit kontaktloser Kartentechnologie tätigen möchten. Daher hängt das erfolgreiche Kommunikationsprotokoll vollständig von den Zielen ab, die Sie erreichen möchten.
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