物联网（Internet of Things，简称 IOT）作为新一代信息技术的重要组成部分，现在正以一种我们能切实感受到的方式，影响和改变着咱们的生活和工作。平时常说的智能家居、智慧城市、车联网，还有边缘计算这些概念，都属于物联网的范畴里。而且，随着技术不断发展，物联网能干的事儿越来越多，涉及的领域也越来越广。
接下来，从物联网的定义、它是怎么组网的、依靠哪些通信技术来传数据，以及它都遵循哪些网络协议，这四个重要的方面，和大家聊一聊物联网那些事儿。
物联网定义
简单来说，物联网就是把各种各样的设备、物品通过网络连接起来，让它们能互相通信，实现智能化的管理和控制。如果对比互联网，参与和信息的生产与消费的主体是人。那么物联网的主体就是设备，设备即负责生产信息（数据的感知和采集），也负责信息的消费（决策以及动作的执行）。总之，物联网的核心是 “物物相连”，其关键在于通过技术手段打破物理世界与数字世界的壁垒，让原本没有 “生命” 的物体具备 “感知” 和 “交流” 的能力。
例如，智能家电通过物联网技术，可实现手机远程控制；智能交通系统通过物联网感知车辆、道路状况，实现交通流量的智能调控。
物联网的应用场景广泛，涵盖智能家居、工业制造、智慧医疗、智慧城市、农业生产等多个领域，它不仅能提高生产效率、降低运营成本，还能为人们提供更加便捷、舒适的生活体验。
物联网组网
物联网组网是指将物联网中的各类感知设备、终端设备、网关、服务器等节点，按照一定的拓扑结构和技术标准连接起来，形成一个能够实现数据传输、共享和协同工作的网络系统。
其组网过程主要包括感知层组网、网络层组网和应用层组网三个层面。
- 感知层就像是整个物联网系统的 “触角”，负责收集各种数据；
- 网络层则是数据传输的 “高速公路”，把感知层收集到的数据传输到远方的服务器；
- 应用层就是把收到的数据进行处理、分析，然后提供各种实际的应用服务，让数据真正发挥作用。
感知层组网通常采用短距离通信技术，如 ZigBee、蓝牙、Wi-Fi 等。以 ZigBee 技术为例，它具有低功耗、低成本、低速率、自组织等特点，非常适合传感器节点的组网。在感知层组网中，节点通常采用自组织的方式形成网络，无需人工干预，能够自动发现周边节点并建立连接，当部分节点出现故障时，网络还能自动调整拓扑结构，保证数据传输的可靠性。
网络层组网可利用现有的通信网络，如移动通信网络（2G/3G/4G/5G）、互联网、卫星通信网络等。例如，在智慧城市应用中，感知层的交通摄像头、环境监测传感器等设备采集到的数据，可通过 5G 移动通信网络传输到云端服务器；在偏远地区的农业监测中，可利用卫星通信网络实现感知设备与服务器之间的数据传输。网络层组网需要解决不同网络之间的互联互通问题，确保数据能够高效、安全地传输。
应用层组网通常是基于软件平台和应用系统的组网，不同的应用场景需要构建不同的应用层网络。例如，在智慧医疗应用中，应用层组网需要连接医院的 HIS 系统（医院信息系统）、LIS 系统（实验室信息系统）、PACS 系统（医学影像存档与通信系统）等，实现患者信息、检查数据、影像资料等的共享和协同处理；在工业物联网应用中，应用层组网需要连接生产管理系统、设备监控系统、质量检测系统等，实现生产过程的智能化管理和监控。应用层组网注重不同应用系统之间的数据交互和业务协同，以满足用户的个性化需求。
注意：组网不要和设备配网混淆
Wi-Fi 设备配网的核心是让设备获取路由器的 SSID（网络名称）和密码，从而接入局域网。常见模式有AP配网模型、有屏设备手动配置、SmartConfig、蓝牙声波辅助等。设备后配网成功之后，还需要组网，也就是让设备获得一个自己的 IP 地址，同时也知道局域网内的路由器（Router）的 IP 地址和 DNS（Domain Name System）的 IP 地址等信息。
通信技术
物联网通信技术是保障物联网数据传输的关键，根据通信距离和速率的不同，可分为短距离通信技术、中长距离通信技术和远距离通信技术三大类。
短距离通信技术主要用于感知层节点之间的通信，通信距离通常在几十米以内，具有低功耗、低成本、低速率等特点。常见的短距离通信技术包括 ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、NFC（近场通信）等。
- ZigBee：工作频率为 2.4GHz，传输速率最高可达 250kbps，通信距离一般为 10-100 米，适合用于传感器网络、智能家居控制等场景，如智能灯光控制、温湿度监测等。
- 蓝牙：目前主流的蓝牙 5.0 及以上版本，传输速率可达 2Mbps，通信距离最大可达 300 米（低功耗模式下），广泛应用于智能穿戴设备（如智能手环、智能手表）、无线耳机、手机与周边设备的连接等。
- Wi-Fi：传输速率较高，目前主流的 Wi-Fi 6（802.11ax）技术，传输速率可达 9.6Gbps，通信距离一般为 100 米左右，主要用于家庭、办公室等场景下的设备联网，如智能电视、笔记本电脑、智能家居设备等接入互联网。
- NFC：通信距离极短，通常在 10 厘米以内，传输速率较低，主要用于近距离的数据交换，如手机支付（如苹果 Pay、华为 Pay）、门禁卡、公交卡等。
中长距离通信技术主要用于感知层与网络层之间的通信，通信距离通常在几公里到几十公里之间，传输速率适中。常见的中长距离通信技术包括 LoRa、Sigfox 等。
- LoRa：基于扩频技术，工作频率在不同地区有所不同（如中国为 470-510MHz），传输速率可达 50kbps，通信距离最远可达 15 公里（郊区环境），具有低功耗、抗干扰能力强等特点，适合用于智能抄表、环境监测、农业物联网等场景，如远程抄表系统可通过 LoRa 技术实现电表、水表数据的远程传输。
- Sigfox：采用超窄带技术，工作频率也因地区而异，传输速率较低，一般为几十到几百 bps，通信距离可达 50 公里（郊区环境），主要用于低速率、低功耗的物联网应用，如资产跟踪、智能垃圾桶监测等。
远距离通信技术主要用于网络层之间的长途数据传输，通信距离可达几百公里甚至更远，传输速率较高。常见的远距离通信技术包括移动通信技术（2G/3G/4G/5G）、卫星通信技术等。
- 移动通信技术：2G 技术主要用于短信和低速数据传输，如早期的物联网设备远程监控；3G 技术提升了数据传输速率，可支持视频通话等业务；4G 技术实现了高速数据传输，为物联网的高清视频监控、车联网等应用提供了保障；5G 技术具有高速率、低时延、大连接的特点，传输速率可达 10Gbps，时延低至 1ms，每平方公里可连接百万级设备，能够满足工业互联网、自动驾驶、智慧城市等对通信质量要求极高的应用场景。
- 卫星通信技术：不受地理环境的限制，可实现全球范围内的通信，主要用于偏远地区、海洋、航空等场景下的物联网应用，如远洋船舶的远程监控、航空飞行器的通信导航、偏远地区的环境监测等。
物联网网络协议
物联网网络协议是保障物联网各节点之间数据传输和交互的规则和标准，不同的网络层次需要采用不同的网络协议。物联网网络协议体系通常分为感知层协议、网络层协议和应用层协议。
感知层协议主要用于感知层节点之间的数据传输和通信控制，确保感知设备能够高效、可靠地采集和传输数据。常见的感知层协议包括 ZigBee 协议、蓝牙协议、Wi-Fi 协议、RFID 协议等。
- ZigBee 协议：基于 IEEE 802.15.4 标准，是一种低功耗、低速率的无线通信协议，包括物理层、MAC 层、网络层和应用层。ZigBee 协议支持星型、树型和网状拓扑结构，具有自组织、自修复能力，适合传感器网络的组网和数据传输。
- 蓝牙协议：包括蓝牙经典协议和蓝牙低功耗（BLE）协议，蓝牙经典协议主要用于高速数据传输，如音频传输；BLE 协议则专注于低功耗应用，采用广播 - 扫描的通信方式，适合智能穿戴设备、物联网传感器等低功耗设备的通信。
- Wi-Fi 协议：基于 IEEE 802.11 标准，包括 802.11a/b/g/n/ac/ax 等多个版本，Wi-Fi 协议定义了物理层和 MAC 层的规范，支持星型拓扑结构，通过接入点（AP）实现设备与互联网的连接，具有传输速率高、接入方便等特点。
- RFID 协议：主要用于射频识别系统中阅读器与电子标签之间的通信，常见的 RFID 协议包括 ISO/IEC 14443（近场高频 RFID 协议）、ISO/IEC 15693（近场超高频 RFID 协议）、EPCglobal UHF Class 1 Gen 2（超高频 RFID 协议）等，不同的 RFID 协议适用于不同的应用场景，如 ISO/IEC 14443 协议常用于门禁卡、公交卡等，EPCglobal UHF Class 1 Gen 2 协议常用于物流仓储管理、商品追溯等。
网络层协议主要负责将感知层传输的数据路由到目标节点，实现不同网络之间的互联互通，确保数据能够高效、安全地传输。常见的网络层协议包括 IP 协议（IPv4/IPv6）、6LoWPAN 协议、LoRaWAN 协议等。
- IP 协议：是互联网的核心协议，负责将数据包从源节点路由到目标节点。IPv4 协议采用 32 位地址，地址资源有限，难以满足物联网海量设备的联网需求；IPv6 协议采用 128 位地址，地址资源极其丰富，能够为物联网中的每一个设备分配唯一的 IP 地址，同时还具有更好的安全性、QoS（服务质量）保障等特点，是物联网网络层的主流协议。
- 6LoWPAN 协议：即 IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks，是一种将 IPv6 协议适配到低功耗无线个人区域网（如 ZigBee 网络）的协议。6LoWPAN 协议通过对 IPv6 数据包进行压缩、分片等处理，解决了 IPv6 协议在低功耗、低速率无线网络中的传输问题，实现了感知层设备与互联网的直接连接。
- LoRaWAN 协议：是基于 LoRa 技术的广域网协议，定义了感知层设备（终端节点）、网关和网络服务器之间的通信规范。LoRaWAN 协议采用星型拓扑结构，终端节点通过网关与网络服务器进行通信，支持双向通信、Class A/B/C 三种设备类型，适用于低功耗、广覆盖的物联网应用场景。
应用层协议主要用于实现物联网应用系统之间的数据交互和业务协同，根据不同的应用场景和需求，有多种应用层协议。常见的应用层协议包括 MQTT 协议、CoAP 协议、HTTP 协议等。
- MQTT 协议：即 Message Queuing Telemetry Transport，是一种轻量级的发布 / 订阅模式的消息传输协议。MQTT 协议具有低带宽、低功耗、低开销等特点，适合在物联网设备之间进行数据传输，尤其是在带宽有限、网络不稳定的场景下，如智能抄表、环境监测、智能家居等。MQTT 协议包括客户端和服务器两个部分，客户端可以发布消息，也可以订阅感兴趣的消息，服务器负责接收客户端发布的消息，并将消息转发给订阅该消息的客户端。
- CoAP 协议：即 Constrained Application Protocol，是一种专为资源受限设备设计的应用层协议。CoAP 协议基于 UDP 协议，采用类似 HTTP 的请求 - 响应模式，具有简单、轻量级、低功耗等特点，适合在物联网感知层设备与应用层服务器之间进行数据交互，如传感器节点向服务器发送监测数据，服务器向传感器节点发送控制命令等。
- HTTP 协议：即 HyperText Transfer Protocol，是互联网上最常用的应用层协议，主要用于 Web 浏览器与 Web 服务器之间的数据交互。在物联网中，HTTP 协议也被广泛应用，尤其是在一些需要与 Web 系统进行集成的应用场景下，如通过 Web 页面远程监控物联网设备的状态、查看设备采集的数据等。HTTP 协议采用请求 - 响应模式，具有简单、易用、兼容性好等特点，但由于其开销较大，在低功耗、低带宽的物联网场景下应用受到一定限制。
