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仍处多协议格局,物联网世界难以统一

2018-12-06 20:04 来源:网络整理 编辑:幽灵学院  人气:   评论一下

摘要:“物“是物联网世界的主角,他们通过各种各样的协议连接入网。通俗的讲,就好比他们都在在说各种各样的”语言“,在各自的小范围内可以沟通,但跨出边界就很难互相理解。以至于今天我们所建立的物联网,还是一个个隔离的世界。
关键词: 物联网 互联网

  “物“是物联网世界的主角,他们通过各种各样的协议连接入网。通俗的讲,就好比他们都在在说各种各样的”语言“,在各自的小范围内可以沟通,但跨出边界就很难互相理解。以至于今天我们所建立的物联网,还是一个个隔离的世界。

 

  为了加深对此的理解,我们先看看一些基本的概念。

 

  首先谈谈什么是“协议”。《新华字典》里的解释为:协议是国家、政党或团体间经过谈判、协商后取得的一致意见。用于物联网,可以理解为使“物物“之间可以对话的一种文字约定。我们再看下网络模型,最常见的是OSI模型(开放式系统互联通信参考模型)和TCP/IP。

 

  开放式系统互联通信参考模型(OSI模型:Open System Interconnection Reference Model,ISO/IEC 7498-1),是国际标准化组织提出的一种概念模型,是使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。

 

  互联网协议(Internet Protocol Suite)是一个网络通信模型,以及一整个网络传输协议家族,为互联网的基础通信架构。它常被通称为TCP/IP协议族(英语:TCP/IP Protocol Suite,或TCP/IP Protocols),简称TCP/IP。

 

  该协议家族的两个核心协议:TCP(传输控制协议)和IP(网际协议),为该家族中最早通过的标准。这些协议最早发源于美国国防部(缩写为DoD)的ARPA网项目,因此也被称作DoD模型(DoD Model)。

 

  这个协议族由互联网工程任务组负责维护。TCP/IP提供点对点的链接机制,将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何接收,都加以标准化。

 

  它将软件通信过程抽象化为四个抽象层,采取协议堆栈的方式,分别实现出不同通信协议。协议族下的各种协议,依其功能不同,被分别归属到这四个层次结构之中,常被视为是简化的七层OSI模型。

 

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  除了在计算机、通信领域用到这两个模型外,在工业领域也常用这两个模型来解释各种工业协议。在物联网世界中,工业设备是重要的组成部分。IEEE Industrial Electronics magazine有篇文章《The Future of Industrial Communication》列出了一些协议、技术出现的时间点。随着技术的发展,有很多种协议出现以适应市场的需求。

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  当今的物联网世界用到的协议有两大类,通信类和工业类。

 

  比如最早出现的通信类协议Ethernet,就是现在着名的以太网,是物理层的协议,为满足计算机之间的通信而被制定出来的,于上世纪70年代出现。到2000年左右,以太网被广泛使用,成为人们日常生活的一部分,对当今的世界产生了深刻的影响。

 

  而工业类协议是在工业界为解决工业设备之间的通信而被研制出来的。如Modbus是最早的工业协议之一,是一种应用层的串行通信协议,是Modicon公司(现在的施耐德电气Schneider Electric)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准,被电梯等行业广泛采纳。

 

  工业协议种类繁多,有些只是在通信模型的某一层,有些会跨几个层级,从通信模型的概念去理解,各种类型的协议与上、下层的协议分工合作,共同可以满足某类业务需求,实现“物物”之间的通信。

 

  以现场总线为例看下工业协议特点,现场总线(Field bus)是一种工业数据总线,它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、传感器、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。

 

  现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。每种总线都有其产生的背景和应用领域。总线是为了满足自动化发展的需求而产生的,由于不同领域的自动化需求各有其特点,因此在某个领域中产生的总线技术一般对这一特定的领域的满足度高一些,应用多一些,适用性好一些。

 

  现场总线是自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

 

  它的特点是一般规定了底层的标准,对于高层的协议未做统一规定,导致各家虽然用的是同一种总线,但还是不能互通,一般被用于一些特定领域的封闭系统中。

 

  每种总线大都有其应用的领域,比如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域;LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域;DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业,而这些划分也不是绝对的,每种现场总线都力图将其应用领域扩大,彼此渗透。

 

  由于各个国家各个公司的利益之争,虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就着手开始制定现场总线的标准,统一的标准仍未完成。

 

  很多公司也推出其各自的现场总线技术,但彼此的开放性和互操作性还难以统一。工业协议种类繁多,现场总线只是工业协议的一个分支。由于应用领域的差异,不同的产业的要求很难用一种技术协议来满足。

 

  比如有些要求高实时性,反馈信号与系统根据反馈信号做出的控制信号之间要及时,在毫秒级,有些系统对时延却不太在意。另外不同业务对成本和性能的要求不同,有些需要高性能,也可以承受较高的成本,有些对成本很敏感,但对性能要求不高。

 

  这些不同的需求导致了在协议设计时思路不同,据不完全统计,目前用于汽车、工业控制、智能建筑等领域的工业协议有上百种,如果算上各厂商在标准协议上衍生出来的各种版本,那总数就不计其数了。跨越行业边界是需要做各种协议对接的,也就是将数据表示的含义以各自行业中的规范转化一下。比如在一个协议中规定“0”代表打开开关,“1’代表关闭开关,但另一个行业可能完全相反,互相联通时必须先”翻译“一下。

 

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