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物联网传输层协议

发布时间: 2022-11-23 17:04:10

本文将讨论在物联网网络环境下TCP/IP体系结构支持的传输层协议。对于TCP/IP协议,传输层有两个指定的主要协议。

传输控制协议(TCP):这种面向连接的协议要求在交换数据之前,在源和目标之间建立一个会话。可以把它看作是一种传统的电话交谈,在这种交谈中,两部电话必须连接起来,并且在双方能够交谈之前建立起通信联系。


物联网传输层协议


用户数据报协议(UDP):使用这种无连接协议,可以在源和目标之间快速发送数据,但不能保证数据能成功交付。这类似于传统的邮件投递系统,在该系统中,信件被邮寄到目的地,在收到回信之前无法确认这封信已收到。

由于在Internet上主要是人与人之间进行交互,TCP成为传输层使用的主要协议。这在很大程度上是由其固有特性决定的,例如它能够将大量数据传输到更小的数据包集合中。此外,它还确保以正确的顺序重新组装数据包、进行流控制和窗口调整,以及重新传输丢失的包。这些好处是伴随着每个包和每个会话的开销成本而产生的,可能会影响数据包传输速率的性能和延迟。

相反,UDP最常用于网络服务中,如域名系统(DNS)、网络时间协议(NTP)、简单网络管理协议(SNMP)和动态主机控制协议(DHCP),或用于传输实时数据流量,包括IP上的语音和视频。在这些情况下,性能和延迟比包重传更重要,因为重发丢失的语音或视频包没有任何价值。当必须保证数据包的接收没有错误时,应用层协议负责提供该功能。

在针对给定的物联网应用层协议选择传输层时,建议评估这种选择对栈的上下层的影响。

虽然TCP的使用可能不会对一般的计算平台和高数据速率网络造成压力,但它可能具有挑战性,而且在受限的物联网设备和网络上通常产生过大的开销。当物联网设备每次只需要发送几个字节的数据时尤其如此。当使用TCP时,每个数据包至少需要增加20字节的TCP开销,而UDP只需要增加8字节。TCP还需要建立和维护一个开放的逻辑通道。

物联网节点也可能受到数据链路层固有特性的限制。


这可以解释为什么新的物联网应用协议(如受限应用协议[CoAP])几乎总是使用UDP,以及为什么工业应用层协议的实现可能需要优化和采用UDP传输层(如果运行在LLN上)。


例如,设备语言报文规范/能源计量配套规范(DLMS/COSEM)应用层协议事实上是欧洲标准,它是公用事业领域中流行的智能电表读取协议。对该协议进行调整或优化取决于底层的物联网传输协议。


例如,如果将蜂窝网络上的DLMS/COSEM传输与LLN部署进行比较,应该考虑以下内容。

■ 为蜂窝网络选择TCP,因为这些网络通常更健壮,可以处理开销。对于LLN来说,设备和网络本身通常都受到约束,因此UDP是更好的选择,而且通常会强制使用UDP。

■ 通过在LLN上提供“长期联系”,DLMS/COSEM可以减少与会话建立相关的开销。长期联系意味着会话只建立一次,因为保持会话建立所需的通信开销比在一段时间内打开和关闭多个单独会话所需的通信开销要小得多。相反,对于蜂窝网络,在传输后通过拆解开放的关联能更好地控制成本。

■ 在传输大量DLMS/COSEM数据时,蜂窝链接是优化每个开放关联的首选方法。少量的数据可以通过LLN有效地处理。由于在LLN上的丢包率通常比在蜂窝网络上高,因此在LLN上保持少量数据传输限制了大量字节的重新传输。

多播需求还受到为传输层选择的协议的影响。通过多播,一条消息可以发送到多个物联网设备。在物联网环境中,这对于同时升级多个物联网设备的固件非常有用。另外,请记住多播只使用UDP。

为了保证互操作性,认证和合规性配置文件(如Wi-SUN)需要指定第1层到第4层的堆栈。这使得所选的技术能够与堆栈的不同选项兼容,同时也与IP兼容。

总之,TCP和UDP是TCP/IP协议在传输层的两个主要选择。物联网受限设备与网络的性能和可扩展性受到这一选择的影响。

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