连接性是边缘计算的命脉

物联网生态系统包含许多设备，这些设备可以在可穿戴设备，家庭自动化，智能建筑，工业自动化，医疗设备等中出现各种创新应用。这些应用的可靠性取决于物联网设备相互通信的能力，而无线网络是这种连接的基础。

不同的应用需要不同的协议

应用在网络要求方面差异很大，各种无线通信标准在市场上越来越突出。这些标准确保了设备的安全互操作性，每个标准都提供不同的网络特征，针对不同应用的需求。许多节点可以由电池或替代能源供电，例如，使得低功耗变得至关重要，以便设备可以在一次充电下长时间运行。另一方面，重点可能是连接到电网的设备的数据传输速率和范围。

网络拓扑也因应用而异（请参阅图 1）。一些传感器阵列可以以星形配置的边缘设备作为集线器进行布置，而网状网络越来越多地用于支持家庭中的应用，例如智能照明。

图 1：IoT 设备可以使用多种不同的网络拓扑

除了上面讨论的因素外，选择最佳无线协议还取决于应用程序的安全要求以及支持云访问和多协议开发的开发环境的可用性。物联网生态系统中的七种主要无线协议目前很突出（见图2）。

图2：物联网生态系统中最常用的无线协议

无线网络 6

当前一代 Wi-Fi，即 Wi-Fi 6，已经发展到支持更高的带宽、速度、更低的延迟和大量可靠的连接。基于 IEEE 802.11ax 标准，Wi-Fi 6 在 2.4、5 和 6GHz 频段运行。Wi-Fi接入点作为网关运行，使多个客户端设备能够访问互联网并相互连接。接入点支持高带宽的并发多频段操作，支持使用 5/6GHz 频段的延迟敏感型应用，以及使用 2.4GHz 的低数据速率和较远距离要求的设备。Wi-Fi 直连功能支持在两个客户端设备之间建立直接连接。

Zigbee、螺纹和蓝牙 LE

Zigbee、螺纹和低功耗蓝牙（蓝牙 LE）是短距离网络协议，支持低功耗要求并实现网状网络。每个协议都有自己的特征，例如最大网络大小、吞吐量和延迟。但是，这三者都支持创建低功耗、低数据网络，使其成为家庭和楼宇自动化应用的理想选择。Zigbee 和线程都基于 IEEE 802.15.4 PHY 层和 MAC 层，并在 2.4GHz 频段运行。随着每个协议的发展，它们之间的性能差异不断减小。当选择其中之一时，最重要的决策因素之一可能成为其各自生态系统的成熟度。

超宽带技术

超宽带 （UWB） 最初是为高速率数据通信而设计的，现已发展成为一种基于 IEEE 802.14.4a 标准的独特安全、精细范围技术。UWB无线电可以嵌入智能手机，可穿戴设备和智能钥匙等设备中，并使用称为“测距”和“飞行时间”（ToF）的技术来精确测量当另一个UWB设备进入范围时的距离。UWB 的典型用例包括免提支付、室内导航、安全免提访问和项目跟踪。

近场通信

近场通信（NFC）在RFID频谱的高频（HF）范围内运行，以存储和传输数据。作为一种接近技术，NFC仅在两个设备彼此靠近时才起作用，从而实现低功耗操作。支持NFC的设备是一种成熟的访问控制和非接触式移动支付技术，可以用作临时触摸屏，使操作员能够配置其他产品，如工业机械和汽车。

5G

随着数据速度的提高、网络容量的提高和延迟的降低，5G越来越多地被用于远程连接。它的功能有望将机器学习和人工智能（AI）的强大功能带到边缘，其低延迟将实现一系列实时应用，如车联网（V2X）连接、虚拟现实应用和智能制造。

上市时间在物联网生态系统中至关重要

在当今创新的物联网市场中，越来越多的物联网设备被设计为具有多协议功能，为应用程序开发人员提供了更大的灵活性（图 3）。例如，蓝牙LE可以将设备连接到现有的家庭自动化网络，Thread或Zigbee与同一网络上的其他设备进行交互。

图3：多协议器件可实现灵活而复杂的应用

与此同时，云连接正在成为物联网应用的默认要求，带来了远程诊断、无线 （OTA） 升级、远程设备管理和边缘增强计算能力等优势。

然而，对于面临不断缩短的开发周期的设计人员来说，在应对云连接复杂性的同时，利用多协议设备的额外灵活性可能会给已经捉襟见肘的项目增加成本和时间。

幸运的是，在进行这些硬件和软件开发的同时，可以使用越来越多的工具集来简化开发任务。例如，Matter是一种统一的、基于IP的连接协议，它简化了多协议系统的开发。作为一项开源标准，Matter使开发人员能够连接和构建可靠、安全的物联网生态系统，并提高智能家居设备之间的兼容性。

与此同时，许多云提供商，包括亚马逊网络服务（AWS），微软® Azure®和谷歌云，都提供物联网软件开发工具包（SDK），使从物联网设备连接到云变得更加容易。

边缘计算取决于连接性

有效和安全的边缘计算依赖于物联网生态系统中的所有设备相互通信。随着应用范围的扩大，他们的通信需求变得更加复杂。设备和协议已经发展到可以支持这些需求，为了利用所提供的灵活性的力量，开发人员越来越依赖全面的硬件和软件工具包。

审核编辑：郭婷