專有網(wǎng)絡成物聯(lián)網(wǎng)應用重要跳板 - 全文

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展，專有的“機器到機器”的網(wǎng)絡將發(fā)揮更大的作用。

　　在大部分時間里，互聯(lián)網(wǎng)主要用于連接人們和應用程序?，F(xiàn)在，半導體技術的進步讓我們可以將強大的處理器和網(wǎng)絡接口嵌入到日常物品中，而這又推動著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)中，對象互相進行通信，并通過互聯(lián)網(wǎng)受到控制。同時，專有的“機器到機器”的網(wǎng)絡技術為很多IoT應用提供了最后一塊跳板，由于每個應用都不同，并沒有任何單一的網(wǎng)絡技術或協(xié)議可以支持所有應用。

　　下面讓我們看看三種具有不同特性的專有網(wǎng)絡如何滿足IoT產(chǎn)生的特定要求。這三種網(wǎng)絡都是無線網(wǎng)絡，并且支持有限的距離。不過，它們的應用不同，每個網(wǎng)絡協(xié)議也不同，用以滿足這些特殊要求。

　　IEEE 802.11p

　　汽車制造商以及美國運輸部目前正在制定一套標準用于讓汽車進行互相通信，從而減少公路交通事故。

　　其目標是，基于這些標準的設備最終將安裝在每輛汽車、卡車、公共汽車和摩托車中，這些標準被稱為車輛對車輛（V2V）和車輛對基礎設施（V2I）通信。IEEE 802.11p或者 汽車無線接入技術（WAVE，Wireless Access in Vehicular Environments）是這個項目的重要組成部分。

　　通過使用WAVE，每輛車會每秒播報10次其位置、速度和行駛方向，附近的車輛和路邊基礎設施將會接收這些廣播。車輛內(nèi)安裝的計算機會利用這些收到的信息對駕駛員生成警報，或者采取行動來防止意外事故。

　　雖然802.11p是基于數(shù)百萬Wi-Fi設備所使用的IEEE 802.11標準，但它運行在不同的環(huán)境，有著不同的設計挑戰(zhàn)。802.11p必須在車輛之間建立通信，而車輛可能非?？拷?。我們知道，廣泛使用的 802.11版本（例如802.11n）需要站點來交換數(shù)據(jù)包以連接到特定接入點（AP），根據(jù)其獨特的基本服務集標識（BSSID）來識別。而這個802.11p標識定義了一個外卡BSSID，所以不需要初始的數(shù)據(jù)包交換。每輛車不需要與附近的車輛建立連接，就可以發(fā)送其位置、速度和方向，并在收到數(shù)據(jù)時就對數(shù)據(jù)進行處理。

　　由于確定位置、速度和方向并不需要大量數(shù)據(jù)，所以對于WAVE，并不需要高數(shù)據(jù)傳輸速率。但是，附近建筑物和大型卡車及公共汽車的反射造成的數(shù)據(jù)丟失帶來了挑戰(zhàn)。因此，WAVE設計師使用10MHz帶寬信道（比其他802.11版本更窄的信道）來減少對反射的靈敏度。

　　安全是V2V項目的主要問題，因為存在攻擊者發(fā)送錯誤信息的潛在風險。為此，IEEE 1609定義了用來保護數(shù)據(jù)的管理和安全操作。根據(jù)該標準，車輛和相應的基礎設施因素通過公鑰基礎設施獲取證書來實現(xiàn)安全的操作。同時，其他研究也仍在繼續(xù)。這些研究主題包括：設法建立保護來抵御分布式拒絕服務攻擊，以及評估如何阻止攻擊者訪問基礎設施和車輛。其他問題包括加強證書頒發(fā)機構的能力，因為這些機構支持著數(shù)百萬的車輛和路邊基礎設施因素來支持V2V和V2I。

　　ZigBee網(wǎng)絡

　　ZigBee聯(lián)盟協(xié)議被設計用來創(chuàng)建覆蓋大面積的低功耗網(wǎng)絡。功耗是一個關鍵問題，因為很多ZigBee設備由電池供電。ZigBee設備通過構建節(jié)點網(wǎng)絡來滿足功耗目標。

　　其應用包括在家里以及商業(yè)和工業(yè)建筑內(nèi)監(jiān)測和控制溫度以及照明。其他應用包括在醫(yī)院、工廠和學校追蹤便攜式設備的位置。對于環(huán)境監(jiān)控及追蹤設備定期發(fā)送少量數(shù)據(jù)這類的應用來說，并不需要高數(shù)據(jù)傳輸速率，但由于設備通常分散在很大范圍，經(jīng)常更換電池會大大降低網(wǎng)絡的價值。

　　在非常低功率的應用中，網(wǎng)絡中相鄰設備之間的距離可能只有10米。ZigBee網(wǎng)絡可以運行在2.4GHz頻段、915MHz或 868MHz頻段。在2.4GHz最大數(shù)據(jù)傳輸速率為256Kbps，在更小頻段有著更小的速率。ZigBee支持AES-128標準的加密，提供多種密鑰分布方法。

　　ZigBee網(wǎng)絡可以包含數(shù)千個節(jié)點，信息通過節(jié)點在網(wǎng)絡中傳遞。我們沒有必要在網(wǎng)絡的所有成員的傳輸范圍內(nèi)都部署單個節(jié)點，ZigBee設備可以形成星形或者網(wǎng)狀網(wǎng)絡。網(wǎng)狀網(wǎng)絡是自我配置和自我修復的，所以單個節(jié)點的損失并不會影響整個網(wǎng)絡。在終端節(jié)點相距太遠而無法與鄰近節(jié)點通信的網(wǎng)絡，ZigBee路由器可以用來擴展網(wǎng)絡。

　　由于其應用的性質(zhì)，ZigBee和802.11p網(wǎng)絡有所不同。而與802.11p應用相同的是，ZigBee應用不需要很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但ZigBee應用不需要快速連接設置，因為ZigBee節(jié)點通常會在較長時間內(nèi)保持連接。而IEEE 802.11p應用則不需要構建網(wǎng)絡的能力。每輛車都可以接入交流發(fā)電機產(chǎn)生的電能，并且車輛彼此通信的時間較短，以防止創(chuàng)建持久的網(wǎng)絡。

　　ZigBee網(wǎng)絡中的安全要求沒有802.11p網(wǎng)絡那么嚴格，因為所有設備都屬于同一家企業(yè)，并都由這家企業(yè)進行配置。靜態(tài)密鑰能為大多數(shù)應用提供足夠的安全性。

　　ZigBee聯(lián)盟成立于2002年，主要負責維護和更新標準。該聯(lián)盟成員包含數(shù)百家公司，包括組件制造商，例如Analog Devices和Texas Instruments;網(wǎng)絡設備供應商包括思科和華為;以及ZigBee產(chǎn)品的最終用戶，例如Kroger和Pacific Gas及Electric。

　　藍牙

　　藍牙被設計用于與802.11p或ZigBee非常不同的應用，但與二者一樣，它是無線的，并可以作為IoT的最后一塊跳板。它最初被設計用來消除連接耳機和手機之間的電線。藍牙不需要支持802.11p的1000米范圍或者ZigBee網(wǎng)絡的范圍，目前的藍牙標準規(guī)定了100米最大距離，其用例擴展到可攜帶設備，例如醫(yī)療設備，或者消除在房間內(nèi)部署揚聲器電線的需要。

　　與802.11p和ZigBee不同，對于藍牙，我們不需要連接大量設備。藍牙網(wǎng)絡最多只能連接8臺設備，其中一臺作為控制器，其余七臺受其控制。

　　IoT將通過專有網(wǎng)絡技術連接很多其他設備類型。802.11p、ZigBee和Bluetooth只是用來部署IoT的部分網(wǎng)絡，但它們顯示了其設計者如何修改現(xiàn)有技術或者發(fā)明新的技術來滿足特定的應用需求的。