在前面的教程中，討論了為 LPWAN 開發的各種物理和數據鏈路層協議。在本教程中，將討論為個人局域網 (PAN)、家庭局域網 (HAN) 和局域網 (LAN) 開發的協議棧。

在本教程中，將討論以下協議棧和標準——

1) IEEE 802.15.4e

2) Zigbee

3) WirelessHART

4) Thread

5) MiWi

6) Z-Wave

7) IEEE 802.11.ah

8) EnOcean

9) Eddystone

10) ISA 100.11a

11) ANT

12) INSTEON

13) DiGiMesh

14) HomePlug

15) G.9959

1) IEEE 802.15.4e – IEEE 802.15.4 是由 IEEE 802.15 Group 為低功率無線個域網開發的物理層和 MAC 層協議。該協議棧在免許可頻段上運行，例如歐洲的 868 至 868.6 MHz、美國的 902 至 928 MHz 和世界其他地區的 2400 至 2483.5 MHz。該協議棧是為低功率設備之間的短距離通信而開發的。這種數據通信的特點是低數據速率、有限帶寬和低傳輸功率。這些設備和收發器都是電池供電的，并且必須長時間更換電池。

在該標準中，物聯網設備可以以星形拓撲或對等拓撲連接。當必須使用多跳路由擴展網絡覆蓋范圍時，通常首選對等拓撲。由于傳輸范圍有限，這些設備必須協同工作才能實現更長距離的多跳路由。因此，數據包大小僅限于 127 字節，通信速率限制為 250 kbps。

IEEE 802.15.4 中的編碼方案內置了冗余，這使得通信具有魯棒性，允許檢測數據丟失，并允許重新傳輸丟失的數據包。該協議還支持短的 16 位鏈接地址，以減少報頭的大小、通信開銷和內存要求。

IEEE 802.15.4 標準是許多其他 LAN 和 PAN 協議棧以及 Zigbee、WirelessHART、Thread 和 MiWi 的基礎。

2) Zigbee –是一種基于 IEEE 802.15.4 標準的協議棧，主要為工業用途而開發。它在 2.4 GHZ 頻率范圍內運行，數據速率高達 256 Kbps。基于 Zigbee 的網絡可以設計為星型、對等或集群樹拓撲。一個網絡中最多可以有 1024 個節點，總網絡覆蓋范圍限制在 100 到 200 米之間。

Zigbee 提供兩種堆棧配置文件 - Zigbee PRO 和 Zigbee 遠程控制。這些堆棧配置文件是 Zigbee 網絡的不同實現。在任一堆棧配置文件中，Zigbee 網絡中都存在三種類型的設備：FFD（全功能設備）、RFD（精簡功能設備）和一個 Zigbee 協調器。FFD 節點還可以充當路由器。Zigbee 使用 128 位 AES（高級加密標準）加密來保護連接設備之間的數據傳輸。Zigbee 的最新版本是 Zigbee 3.0。最新版本已將不同的堆棧配置文件標準統一為一個標準。

3)WirelessHART—— 無線高速可尋址遠程傳感器協議 (WirelessHART) 是由 Dust network 從時間同步網格協議 (TSMP) 開發的，是為無線傳感器網絡設計的標準協議。該協議棧廣泛用于工業自動化應用。該工業自動化協議專為管理過程測量、工業資產管理和過程控制而設計。它是基于 IEEE 802.15.4 標準的強大且可互操作的無線標準。它以 2.4 GHz 頻率運行，并在不同級別的網絡架構中具有多項安全功能，可在工業場景中提供安全、可靠和穩健的 M2M 通信。它在 MAC 層使用時分多址 (TDMA) 技術，具有先進的加密標準。

4)Thread—— 線程是基于 IPv6 的網絡層協議，在物理層和 MAC 層使用 IEEE 802.15.4 標準。它由 Thread Group 為家庭自動化網絡 (HAN) 開發。它基于 IEEE 802.15.4、IPv6 和 6LoWPAN 標準，在物理層 (PHY) 以 2.4 GHz 頻率運行。線程網絡中最多可以有 250 個節點，并且通過實施各種身份驗證和加密技術來保護數據。

5) MiWi – MiWi 是 Microchip Technology 為無線個域網 (WPAN) 開發的專有無線協議。它基于 IEEE 802.15.4 標準，開發用于以高達 250 Kbps 的低數據速率將短距離內的低功率設備互連。在物理層，它以 2.4 GHz 的頻率運行。

6) Z-Wave – Z-Wave 更像是一種事實上的標準，而不是標準機構或行業聯盟批準的傳統標準。它是一種主要用于家庭自動化網絡 (HAN) 的無線通信協議。Z-wave 在美國以 908.42 MHz 的頻率運行，在歐洲以 868.42 MHz 的頻率運行。它適用于網狀網絡拓撲，因此它可以在單個網狀網絡上支持多達 232 個節點。Z-Wave 的網絡覆蓋范圍限制為 30 米，數據速率最高可達 100 Kbps。與 BLE、Zigbee、WirelessHART 等技術的多個供應商不同，Sigma Designs 是唯一提供 Z-Wave 收發器的供應商。

7) IEEE 802.11.ah – IEEE 802.11.ah 是在低于 1GHz 的免許可頻段上運行的 Wi-Fi 變體。Wi-Fi 聯盟引入了術語“Wi-Fi HaLow”作為采用 IEEE 802.11.ah 技術的產品的名稱。該協議棧將允許連接具有類似于 Wi-Fi 網絡的擴展覆蓋范圍的低功耗設備。通過使用多個繼電器，該標準的擴展覆蓋范圍可以達到單個站 1 公里。根據一個國家/地區可用的免費許可帶寬，該標準允許 1、2、4、8 和 16 MHz 寬的信道。該標準允許使用 BPSK、QPSK 和 QAM 調制技術進行數據傳輸，最大數據速率高達 347 Mbps。此協議棧中的收發器由電池供電，通常需要在數周內更換電池。

8) EnOcean – EnOcean（能量收集無線技術）是一種無線協議棧，在歐洲以 868 MHz 頻率運行，在美國以 315 MHz 頻率運行。它是一種物理層和 MAC 層協議，網絡覆蓋范圍為室內 30 米和開放區域 300 米。該標準已開發用于在個人區域網絡 (PAN) 中將無電池無線傳感器聯網。

9) Eddystone – 由谷歌開發，Eddystone 是基于 BLE 的短距離信標消息傳遞協議。該協議棧可用于與移動設備（Android 和 IOS）進行數據通信，并在網絡內驅動傳感器數據。

10) ISA 100.11a – 由國際自動化學會 (ISA) 開發，ISA 100.11a 是工業自動化的無線協議。該協議專為工業場景中的非關鍵過程控制、監控和警報應用而設計。該標準定義了 OSI 模型的所有七層，包括物理層和 MAC 層的協議棧。

11) ANT – 由 ANT Wireless 開發，ANT 是專為無線傳感器網絡 (WSN) 設計的專有物理和 MAC 層協議。基于 2.4 GHZ ISM 頻段，ANT 的網絡覆蓋范圍可達 100 米。該協議棧目前用于健康和健身垂直領域的個人局域網 (PAN)。該公司正在努力調整協議以適應其他 PAN 應用以及家庭自動化、辦公室和工業自動化。

12) INSTEON – INSTEON 是為家庭自動化網絡 (HAN) 開發的射頻協議棧。它使用雙網狀拓撲，其中基于家庭自動化的物聯網設備作為獨立的對等設備聯網。該協議使用頻移鍵控在設備之間進行射頻消息傳遞。這些設備可以在需要時隨時相互通信。

13) DiGiMesh – DiGiMesh 是 DiGi International 開發的專有協議標準。它是適用于低功耗個人局域網 (PAN) 應用的網狀網絡拓撲的無線協議棧。

14) HomePlug – 由 HomePlug 電力線聯盟開發，HomePlug 是專為家庭自動化網絡 (HAN) 設計的物理和網絡訪問協議。它提供三種變體——HomePlug-AV、HomePlug-AV2 和 HomePlug-GP。

15) G.9959 – 由 ITU 開發的 G.9959 是一種網絡訪問協議棧，專為個人局域網 (PAN) 中低功率設備的無線聯網而設計。在低帶寬和低數據速率下進行半雙工通信的網絡中最多可以有 232 個節點。

在下一個教程中，將討論基于 RFID 的協議棧。