13、物联网协议栈：链路层深度剖析

物联网协议栈：链路层深度剖析

1. 物联网协议栈概述

物联网协议栈可视为 TCP/IP 分层协议模型的扩展，它主要包含以下几个层次：
- 物理层
- 链路层
- 网络层
- 传输层
- 应用协议层
- 应用服务层

与 TCP/IP 协议栈不同的是，物联网协议栈将应用层扩展为应用协议层和应用服务层，就像沙漏的“细腰”部分向上延伸，以实现异构“事物”之间的互操作性。

2. 链路层面临的挑战

物联网为协议栈的链路层带来了诸多挑战，主要可分为以下四个方面：
- 设备特性 ：物联网涵盖了从功能完备的计算节点到资源高度受限的设备等广泛的“事物”。受限设备通常能量资源有限，而网络通信相较于本地处理通常更耗电。链路层对能量消耗影响显著，因为它负责物理传输技术、帧处理、媒体访问控制和重传等细节。例如，据报道，根据链路负载情况，MAC 层修复丢失传输所消耗的通信能量占比在 50% - 80% 之间。
- 流量特性 ：物联网端点的流量特性因应用需求和设备性质而异。一些应用（如气象监测应用）对数据包丢失、延迟和抖动的要求较为宽松，而另一些应用（如喷气发动机控制应用）则对可用性、延迟和抖动的容忍度极低。此外，一些物联网设备产生短突发流量（如销售点终端），而另一些设备产生长尾流量（如摄像机）。这种流量特性的二分法推动了支持确定性和时间敏感网络的链路层技术的发展。
- 接入特性 ：随着网络覆盖范围从传统的 IT 环境扩展到工业厂房、油田、海洋平台、矿山、电网、车辆甚至人体等新的部署环境