10、物联网通信层协议与介质解析

物联网通信层协议与介质解析

物联网通信概述

物联网可视为互联网的下一阶段，目前仍处于发展中。它将众多物联网设备连接成网络，实现设备间的信息交换与智能决策。设备间通信需要介质，如今无线通信网络更受青睐，因为它能让用户在不与设备共处时也可管理和监控设备。这种通信不仅有人与设备的交互，还有设备与设备之间的通信，且具备随时随地通信的特点，体现了普适计算的理念。

信息交换需要不同的协议。虽然TCP/IP协议栈可用于互联网通信，它包含物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，但并不适用于物联网设备。物联网设备多为移动设备，具有异构性，且功率低、内存小、资源有限，而TCP/IP协议栈难以应对低功率设备的重负载。因此，物联网需要根据应用需求选择合适的协议，这些需求主要体现在安全、数据速率和传输范围等方面。在物联网网络中，安全问题是通信层的关键挑战，攻击者会试图破坏协议、攻击设备，而防御者也提供了相应的防御机制。

ZigBee协议

随着物联网设备的增多，需要一种能处理大量设备通信的协议，ZigBee协议应运而生。它由ZigBee联盟开发，其名称灵感源于蜜蜂的飞行方式，寓意设备间的信息传递。该协议基于IEEE 802.15.4标准，支持多种拓扑结构，如星型拓扑、对等网络和簇树网络，且功耗低于Wi-Fi，能在单个网络中连接大量节点，并可通过路由器扩展网络。

ZigBee设备可分为物理设备和逻辑设备。物理设备又分为全功能设备（FFD）和精简功能设备（RFD）。FFD可作为网络协调器，也可充当RFD；RFD只能与协调器通信，常作为终端节点，能降低网络成本，但只能用于星型拓扑。逻辑设备包括协调器、路由器和终端设备，分别负责节点识别、数据传输和信息采集。