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物聯網傳輸層協議

發布時間: 2022-11-23 17:04:10

本文將討論在物聯網網絡環境下TCP/IP體系結構支持的傳輸層協議。對于TCP/IP協議,傳輸層有兩個指定的主要協議。

傳輸控制協議(TCP):這種面向連接的協議要求在交換數據之前,在源和目標之間建立一個會話。可以把它看作是一種傳統的電話交談,在這種交談中,兩部電話必須連接起來,并且在雙方能夠交談之前建立起通信聯系。


物聯網傳輸層協議


用戶數據報協議(UDP):使用這種無連接協議,可以在源和目標之間快速發送數據,但不能保證數據能成功交付。這類似于傳統的郵件投遞系統,在該系統中,信件被郵寄到目的地,在收到回信之前無法確認這封信已收到。

由于在Internet上主要是人與人之間進行交互,TCP成為傳輸層使用的主要協議。這在很大程度上是由其固有特性決定的,例如它能夠將大量數據傳輸到更小的數據包集合中。此外,它還確保以正確的順序重新組裝數據包、進行流控制和窗口調整,以及重新傳輸丟失的包。這些好處是伴隨著每個包和每個會話的開銷成本而產生的,可能會影響數據包傳輸速率的性能和延遲。

相反,UDP最常用于網絡服務中,如域名系統(DNS)、網絡時間協議(NTP)、簡單網絡管理協議(SNMP)和動態主機控制協議(DHCP),或用于傳輸實時數據流量,包括IP上的語音和視頻。在這些情況下,性能和延遲比包重傳更重要,因為重發丟失的語音或視頻包沒有任何價值。當必須保證數據包的接收沒有錯誤時,應用層協議負責提供該功能。

在針對給定的物聯網應用層協議選擇傳輸層時,建議評估這種選擇對棧的上下層的影響。

雖然TCP的使用可能不會對一般的計算平臺和高數據速率網絡造成壓力,但它可能具有挑戰性,而且在受限的物聯網設備和網絡上通常產生過大的開銷。當物聯網設備每次只需要發送幾個字節的數據時尤其如此。當使用TCP時,每個數據包至少需要增加20字節的TCP開銷,而UDP只需要增加8字節。TCP還需要建立和維護一個開放的邏輯通道。

物聯網節點也可能受到數據鏈路層固有特性的限制。


這可以解釋為什么新的物聯網應用協議(如受限應用協議[CoAP])幾乎總是使用UDP,以及為什么工業應用層協議的實現可能需要優化和采用UDP傳輸層(如果運行在LLN上)。


例如,設備語言報文規范/能源計量配套規范(DLMS/COSEM)應用層協議事實上是歐洲標準,它是公用事業領域中流行的智能電表讀取協議。對該協議進行調整或優化取決于底層的物聯網傳輸協議。


例如,如果將蜂窩網絡上的DLMS/COSEM傳輸與LLN部署進行比較,應該考慮以下內容。

■ 為蜂窩網絡選擇TCP,因為這些網絡通常更健壯,可以處理開銷。對于LLN來說,設備和網絡本身通常都受到約束,因此UDP是更好的選擇,而且通常會強制使用UDP。

■ 通過在LLN上提供“長期聯系”,DLMS/COSEM可以減少與會話建立相關的開銷。長期聯系意味著會話只建立一次,因為保持會話建立所需的通信開銷比在一段時間內打開和關閉多個單獨會話所需的通信開銷要小得多。相反,對于蜂窩網絡,在傳輸后通過拆解開放的關聯能更好地控制成本。

■ 在傳輸大量DLMS/COSEM數據時,蜂窩鏈接是優化每個開放關聯的首選方法。少量的數據可以通過LLN有效地處理。由于在LLN上的丟包率通常比在蜂窩網絡上高,因此在LLN上保持少量數據傳輸限制了大量字節的重新傳輸。

多播需求還受到為傳輸層選擇的協議的影響。通過多播,一條消息可以發送到多個物聯網設備。在物聯網環境中,這對于同時升級多個物聯網設備的固件非常有用。另外,請記住多播只使用UDP。

為了保證互操作性,認證和合規性配置文件(如Wi-SUN)需要指定第1層到第4層的堆棧。這使得所選的技術能夠與堆棧的不同選項兼容,同時也與IP兼容。

總之,TCP和UDP是TCP/IP協議在傳輸層的兩個主要選擇。物聯網受限設備與網絡的性能和可擴展性受到這一選擇的影響。
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