圖1、互聯網網路通訊協定棧（這是TCP / IP模型。 更全面的OSI模型列出了七個層次。 但是為了講敘
鏈路層（Link layer）協定管理通過單個網路從一台電腦到另一台電腦的資料傳輸。
互聯網層（Internet layer）使用互聯網協定（IP：Internet Protocol ）來管理跨多個網路之間的資料傳輸， 稱為互聯網路（internetworking）。 在這一層中， 給予設備在互聯網上唯一的身份識別－－IP位址（IP address）。 所有的Internet通信都通過IP來進行的。 如果某個設備支援IP聯網， 那麼它就可以連接到Internet中。
傳輸層（transport layer ）建立用於應用程式之間相互交換資訊的資料通道。 最常見的傳輸層協定是傳輸控制協定（TCP：Transmission Control Protocol ）。 該協定允許把消息分裂成多個分組包， 並且在接收端重新組合還原， 即使這些分組包是通過不同的路由到達接收端的。 同時該協議還為發送端提供了瞭解哪些資料分組包成功到達接收端而哪些分組包已經丟失的方法， 因此發送端可以重傳丟失了的資料包。
圖2、TCP / IP優先考慮的是資料傳輸的可靠性而不是傳送速率
互聯網網路通訊協定的最頂層是應用層（application layer），
如果一個鏈路層協議可以支援在它上面運行IP， 則可以將其用於任何Internet通信中。 乙太網， WiFi和蜂窩資料協定可以使用IP， 但是像ZigBee和藍牙這樣的低功率網路卻不能（或者至少現在還不能）使用IP。 這就是為什麼許多嵌入式設備無法直接連到Internet中的原因。
互聯網的網路類型一些目前支援Internet網路的連接選項
乙太網（Ethernet）
如果有線連接可用並且設備不需要移動， 那麼乙太網就是一個快速的可靠的選擇。
圖3、大多數人在家裡只有幾個乙太網埠， 所有這些埠都可能在他們的寬頻路由器上
WiFi
WiFi可用於在設備之間建立直接連接， 以及通過路由器進行Internet連接。 如果設備具有可靠的主電源並且可以安裝在家中， 那麼通過WiFi來連接它通常是最簡單的方式（儘管在只有有限使用者介面的設備上配置WiFi可能會很尷尬）。 但是請注意， 在家庭內部， 某些設備可能超出了WiFi網路的覆蓋範圍（例如， 在花園中， 地下室， 或只是由於房子太大房間太多）。
為WiFi設備提供客戶支援可能會很複雜， 因為家庭WiFi網路通常配置錯誤。 配置不正確的WiFi網路可能不會對筆記型電腦造成問題， 但是可能會造成其它設備（如洗衣機）無法連接。 消費者可能會認為這是一個家電設備的問題，但它可能實際上是網路本身的一個問題。
蜂窩資料網路
蜂窩資料使用與您的手機連接的相同的資料網路：它們通常是GPRS或者3G / 4G網路（參見圖4和圖5）。如果設備需要移動，或者您不能依賴用戶將其連接到WiFi網路中，那麼使用蜂窩資料網路可能是有意義的。蜂窩網路連接只需要少量的用戶設置：使用者無需輸入網路詳細資訊。但是蜂窩網路的缺點是需要使用大量的電力並且設備可能會比較貴，同時需要持續地向網路運營商訂購服務。 SigFox（http://www.sigfox.com/en）和Weightless（http://www.weightless.org/）是對傳統移動資料網路的新興替代品。這些設計用於滿足物聯網的低功耗和資料需求。同時蜂窩技術也在不斷改進以滿足物聯網的應用需求，例如3GPP制定的NB-IoT，LTE-M等協定會使得基於蜂窩網路的物聯網應用越來越多。
本節列出了最有可能用於消費者應用程式的本地網路類型。這些網路技術目前沒有一個是支持IP的，因此不能用於將設備直接連接到Internet中，而只能連接到閘道中。然而，將來則有可能通過這些無線網路來將IP帶到邊緣設備中，從而使它們有直接連接互聯網的能力。
藍牙（Bluetooth）
藍牙通常用於將週邊設備連接到手機中。當設備主要用於手機的覆蓋範圍內並且在用戶面前使用時，那麼藍牙是有用的。藍牙（Bluetooth對於可穿戴產品以及檢測所有者是否存在是很好的技術（見圖6）。儘管現在在現實世界中藍牙還不支持IP聯網，但藍牙標準允許它能這麼做。
藍牙LE（Bluetooth LE ：低能量，也稱為藍牙4或智慧藍牙）特別適用於具有電源限制的連接設備。經典藍牙需要配對的設備來保持彼此之間的開放連接，這意味著他們的藍牙無線電是不間斷使用的。這可能會很快耗盡低電源供電設備的電池。
藍牙LE允許設備定期的或者當它們有東西要共用時連接和傳輸資料。這將使得這種設備使用更少的電力並能保持電池壽命。
藍牙LE也開始出現在家庭閘道和家庭設備中（見圖7）：
專用無線網路
傳統的嬰兒監視器就是專用無線網路的一個應用例子（見圖8）。他們使用完全由製造商控制的定制網路連接。它們可能是可靠的而且是便宜的（製造商無需支付許可費用，而藍牙，ZigBee或ZWave則需要支付）。但作為服務提供者，您必須控制所有連接到它們上的設備。並且要保證它們不會與其它設備進行交互操作，並且不會干擾它們。
圖8、嬰兒監視器經常使用專用無線電網路來將一個嬰兒聆聽基站與父母處的單元連接起來
ZigBee和ZWave
ZigBee和ZWave是低功率無線電網路，適合用於電池供電的設備，專為家庭自動化系統而設計。這兩種技術都具有與WiFi類似的覆蓋範圍。但是與WiFi不同的是，ZigBee或者ZWave網路的覆蓋範圍可以通過網狀網路（mesh networking）來進行擴展。Mesh networking允許在網路上運行的任何主設備都可以作為中繼器來擴展網路的覆蓋範圍。目前這兩種網路連接技術都還不支援IP聯網。
Nest恒溫器通過WiFi連接到互聯網上，但它也有ZigBee無線收發模組。在未來它可能會作為家庭中其他低功耗設備的閘道，為其成為家庭自動化平臺提供了一條途徑。
WiFi，藍牙和ZigBee均可以在2.4GHz頻率下工作，因此它們存在彼此干擾的風險。例如，有一個輕微的風險就是如果您在使用WiFi網路來最大限度地傳輸視頻時，您的ZigBee燈開關可能無法正常工作。然而在實踐中，這種問題很少發生，WiFi路由器與其他網路的共存情況正在變得越來越好，但是這個風險是值得注意的。
RFID和NFC
射頻識別使用電磁場將識別資料從小標籤上傳送到讀取器（reader）中。無源RFID標籤由讀取器的電磁場供電。它們之間的距離非常短（10-100釐米）。有源RFID標籤有自己的電源，可以在更長的距離（10-100米）中廣播其ID。用於識別家庭寵物的微晶片是一種無源RFID標籤（見圖9），倫敦的牡蠣交通卡也是一種無源RFID標籤。
近場通信（NFC）是建立在RFID之上的一套通信標準，它可以實現雙向通信。它是專為手機和其他低功率設備而設計的。 NFC通常用於移動支付，並且在非常短的距離（幾釐米）內工作。 NFC還可以用於簡化更強大的網路連接（如藍牙和WiFi）的設置。 Android Beam和Samsung S Beam就是這些應用的例子。 NFC可以用於使消費者更容易地將家庭設備與其他網路類型連接在一起。
電力線網路（Powerline networking）
當沒有乙太網，而無線網路太不可靠時，用戶就可以使用採用HomePlug標準的預先存在的電力線上傳輸資料了。把一個電源插座的適配器插入連接到乙太網的可用埠上（參見圖10）。另一個適配器插入到需要連接的設備附近的電源插座中，然後使用一根乙太網電纜來連接到設備上。這樣就可以通過電線來傳輸資料了。
除了設置簡單外，電力線網路的另外的優點包括快速，安全和可靠。它能穿過可能會隔斷WiFi信號的厚的混泥土地板。然而，它作為無線電發射機在某些國家被列為廣播形式來監管，因此使用時需要許可證。另外在插有多個設備的地方電力線信號之間可能會相互干擾。
IP到邊緣設備正如我們所看到的，許多邊緣設備在沒有閘道的“翻譯”的情況下是不能“說”或者“理解”互聯網通信。
還沒有一種標準的方式來把互聯網（TCP / IP）協議與大多數非IP的本地網路通訊協定（如藍牙和ZigBee）之間進行轉換翻譯。這意味著必須將自訂翻譯內置到閘道應用程式中。
這限制了邊緣設備只做閘道應用程式允許做的工作。互聯網服務不能直接與邊緣設備通話來要求它們做其它任何事情。例如，如果您想要使用安全運動感測器來通知您的加熱系統您已經在家裡了，那麼您必須要更改閘道上的應用程式。加熱系統不能自己接觸運動感測器並要求他們提供資料。
但是，一直以來通過低功率網路來為邊緣設備提供全方位的互聯網通信（over IP）也是一個日益增長的領域；為更多的具有獨特身份識別的邊緣設備提供互聯網連接，以便它們能夠彼此聯繫，並能夠聯繫任何服務，做任何他們想要的事情，這才是真正的物聯網。
這樣可以實現更大程度的功能靈活性。不要求閘道將消息傳遞給設備，並不要求希望閘道知道如何處理您的特定請求，您可以直接與設備聯繫。您可以將這種便利性與直接擁有別人手機號碼的便利性與需要電話交換局的接待員留言的通話方式進行比較。如果你有對方的手機號碼，你不需要知道對方在哪裡工作就能夠直接聯繫到他們。
同樣，設備可以唯一地標識自己，無論它如何連接或者從哪裡連接。例如，一輛電動汽車可以在朋友的房子裡充電，電費給車主，而不是給擁有那個房子的朋友。
給予所有這些連接設備以唯一的IP位址將需要更改標準。大多數IP地址目前基於IPv4標準，它提供了40億個可能的IPv4地址。這可能看起來很多，但是在接下來的幾年裡，預計要支援數十億個連接的設備到互聯網中，這些IP位址是不夠的。而IPv6標準將會為地球上的每個單元提供10個以上的IP位址。
正在開發的舉措將允許IP網路運行在藍牙，ZigBee和其他低功耗本地區域網路上。 6LOWPAN（http://6lowpan.tzi.org/）是IETF（https://tools.ietf.org/wg/6lowpan/）為低功耗無線個域網提供IPv6解決方案的工作組。 2014年8月，Nest和其他公司（包括ARM和三星）宣佈低功率網路開發一種名為Thread（http://threadgroup.org/）的新標準。該標準可以使用現有的ZigBee無線網路，同時它能支援IPv6。
http://threadgroup.org/）
當邊緣設備可以用“IP”交談時，任何標準的更高級別的基於Internet的協議都可以在其上運行。所以您可以使用相同的應用程式通訊協定來與您所有的家庭設備通信。您不必再關心設備是如何在鏈路層中連接的，也不用關心不同網路通訊協定之間的翻譯轉換。這將使具有不同空口無線電的設備之間更容易交互操作。正如1248.io（https://www.devicepilot.com/）的工程師和創始人Pilgrim Beart所說：
“使用互聯網（甚至距離智慧手機幾米的設備，例如一個PVR（Personal video recorder：個人視頻錄影設備）或者音訊系統）可能在技術上聽起來很瘋狂，但它具有巨大的優勢，它使用互聯網作為通用語言，從而避免了物理標準問題。您的手機和PVR可能不支援相同的物理標準，但仍可以進行通信。它還允許您從世界任何地方進行遠端控制。”
總結物聯網設備支援IP協定直接與Internet相連所需的標準和應用程式通訊協定仍在開發中，尚未準備好提供給消費者。另外，在互聯網上直接打開連接的設備還存在安全風險，必須加以解決。
使用低功率網路的設備仍然需要通過閘道與恰當的無線電技術進行連接，以便與這些設備通話。但是閘道可以更簡單：提供連接，防火牆以及當互聯網不可用時協調設備所需的本地智慧。而將智慧集中在邊緣設備中和雲端的應用潛力更大。
（完）
消費者可能會認為這是一個家電設備的問題，但它可能實際上是網路本身的一個問題。蜂窩資料網路
蜂窩資料使用與您的手機連接的相同的資料網路：它們通常是GPRS或者3G / 4G網路（參見圖4和圖5）。如果設備需要移動，或者您不能依賴用戶將其連接到WiFi網路中，那麼使用蜂窩資料網路可能是有意義的。蜂窩網路連接只需要少量的用戶設置：使用者無需輸入網路詳細資訊。但是蜂窩網路的缺點是需要使用大量的電力並且設備可能會比較貴，同時需要持續地向網路運營商訂購服務。 SigFox（http://www.sigfox.com/en）和Weightless（http://www.weightless.org/）是對傳統移動資料網路的新興替代品。這些設計用於滿足物聯網的低功耗和資料需求。同時蜂窩技術也在不斷改進以滿足物聯網的應用需求，例如3GPP制定的NB-IoT，LTE-M等協定會使得基於蜂窩網路的物聯網應用越來越多。
本節列出了最有可能用於消費者應用程式的本地網路類型。這些網路技術目前沒有一個是支持IP的，因此不能用於將設備直接連接到Internet中，而只能連接到閘道中。然而，將來則有可能通過這些無線網路來將IP帶到邊緣設備中，從而使它們有直接連接互聯網的能力。
藍牙（Bluetooth）
藍牙通常用於將週邊設備連接到手機中。當設備主要用於手機的覆蓋範圍內並且在用戶面前使用時，那麼藍牙是有用的。藍牙（Bluetooth對於可穿戴產品以及檢測所有者是否存在是很好的技術（見圖6）。儘管現在在現實世界中藍牙還不支持IP聯網，但藍牙標準允許它能這麼做。
藍牙LE（Bluetooth LE ：低能量，也稱為藍牙4或智慧藍牙）特別適用於具有電源限制的連接設備。經典藍牙需要配對的設備來保持彼此之間的開放連接，這意味著他們的藍牙無線電是不間斷使用的。這可能會很快耗盡低電源供電設備的電池。
藍牙LE允許設備定期的或者當它們有東西要共用時連接和傳輸資料。這將使得這種設備使用更少的電力並能保持電池壽命。
藍牙LE也開始出現在家庭閘道和家庭設備中（見圖7）：
專用無線網路
傳統的嬰兒監視器就是專用無線網路的一個應用例子（見圖8）。他們使用完全由製造商控制的定制網路連接。它們可能是可靠的而且是便宜的（製造商無需支付許可費用，而藍牙，ZigBee或ZWave則需要支付）。但作為服務提供者，您必須控制所有連接到它們上的設備。並且要保證它們不會與其它設備進行交互操作，並且不會干擾它們。
圖8、嬰兒監視器經常使用專用無線電網路來將一個嬰兒聆聽基站與父母處的單元連接起來
ZigBee和ZWave
ZigBee和ZWave是低功率無線電網路，適合用於電池供電的設備，專為家庭自動化系統而設計。這兩種技術都具有與WiFi類似的覆蓋範圍。但是與WiFi不同的是，ZigBee或者ZWave網路的覆蓋範圍可以通過網狀網路（mesh networking）來進行擴展。Mesh networking允許在網路上運行的任何主設備都可以作為中繼器來擴展網路的覆蓋範圍。目前這兩種網路連接技術都還不支援IP聯網。
Nest恒溫器通過WiFi連接到互聯網上，但它也有ZigBee無線收發模組。在未來它可能會作為家庭中其他低功耗設備的閘道，為其成為家庭自動化平臺提供了一條途徑。
WiFi，藍牙和ZigBee均可以在2.4GHz頻率下工作，因此它們存在彼此干擾的風險。例如，有一個輕微的風險就是如果您在使用WiFi網路來最大限度地傳輸視頻時，您的ZigBee燈開關可能無法正常工作。然而在實踐中，這種問題很少發生，WiFi路由器與其他網路的共存情況正在變得越來越好，但是這個風險是值得注意的。
RFID和NFC
射頻識別使用電磁場將識別資料從小標籤上傳送到讀取器（reader）中。無源RFID標籤由讀取器的電磁場供電。它們之間的距離非常短（10-100釐米）。有源RFID標籤有自己的電源，可以在更長的距離（10-100米）中廣播其ID。用於識別家庭寵物的微晶片是一種無源RFID標籤（見圖9），倫敦的牡蠣交通卡也是一種無源RFID標籤。
近場通信（NFC）是建立在RFID之上的一套通信標準，它可以實現雙向通信。它是專為手機和其他低功率設備而設計的。 NFC通常用於移動支付，並且在非常短的距離（幾釐米）內工作。 NFC還可以用於簡化更強大的網路連接（如藍牙和WiFi）的設置。 Android Beam和Samsung S Beam就是這些應用的例子。 NFC可以用於使消費者更容易地將家庭設備與其他網路類型連接在一起。
電力線網路（Powerline networking）
當沒有乙太網，而無線網路太不可靠時，用戶就可以使用採用HomePlug標準的預先存在的電力線上傳輸資料了。把一個電源插座的適配器插入連接到乙太網的可用埠上（參見圖10）。另一個適配器插入到需要連接的設備附近的電源插座中，然後使用一根乙太網電纜來連接到設備上。這樣就可以通過電線來傳輸資料了。
除了設置簡單外，電力線網路的另外的優點包括快速，安全和可靠。它能穿過可能會隔斷WiFi信號的厚的混泥土地板。然而，它作為無線電發射機在某些國家被列為廣播形式來監管，因此使用時需要許可證。另外在插有多個設備的地方電力線信號之間可能會相互干擾。
IP到邊緣設備正如我們所看到的，許多邊緣設備在沒有閘道的“翻譯”的情況下是不能“說”或者“理解”互聯網通信。
還沒有一種標準的方式來把互聯網（TCP / IP）協議與大多數非IP的本地網路通訊協定（如藍牙和ZigBee）之間進行轉換翻譯。這意味著必須將自訂翻譯內置到閘道應用程式中。
這限制了邊緣設備只做閘道應用程式允許做的工作。互聯網服務不能直接與邊緣設備通話來要求它們做其它任何事情。例如，如果您想要使用安全運動感測器來通知您的加熱系統您已經在家裡了，那麼您必須要更改閘道上的應用程式。加熱系統不能自己接觸運動感測器並要求他們提供資料。
但是，一直以來通過低功率網路來為邊緣設備提供全方位的互聯網通信（over IP）也是一個日益增長的領域；為更多的具有獨特身份識別的邊緣設備提供互聯網連接，以便它們能夠彼此聯繫，並能夠聯繫任何服務，做任何他們想要的事情，這才是真正的物聯網。
這樣可以實現更大程度的功能靈活性。不要求閘道將消息傳遞給設備，並不要求希望閘道知道如何處理您的特定請求，您可以直接與設備聯繫。您可以將這種便利性與直接擁有別人手機號碼的便利性與需要電話交換局的接待員留言的通話方式進行比較。如果你有對方的手機號碼，你不需要知道對方在哪裡工作就能夠直接聯繫到他們。
同樣，設備可以唯一地標識自己，無論它如何連接或者從哪裡連接。例如，一輛電動汽車可以在朋友的房子裡充電，電費給車主，而不是給擁有那個房子的朋友。
給予所有這些連接設備以唯一的IP位址將需要更改標準。大多數IP地址目前基於IPv4標準，它提供了40億個可能的IPv4地址。這可能看起來很多，但是在接下來的幾年裡，預計要支援數十億個連接的設備到互聯網中，這些IP位址是不夠的。而IPv6標準將會為地球上的每個單元提供10個以上的IP位址。
正在開發的舉措將允許IP網路運行在藍牙，ZigBee和其他低功耗本地區域網路上。 6LOWPAN（http://6lowpan.tzi.org/）是IETF（https://tools.ietf.org/wg/6lowpan/）為低功耗無線個域網提供IPv6解決方案的工作組。 2014年8月，Nest和其他公司（包括ARM和三星）宣佈低功率網路開發一種名為Thread（http://threadgroup.org/）的新標準。該標準可以使用現有的ZigBee無線網路，同時它能支援IPv6。
http://threadgroup.org/）
當邊緣設備可以用“IP”交談時，任何標準的更高級別的基於Internet的協議都可以在其上運行。所以您可以使用相同的應用程式通訊協定來與您所有的家庭設備通信。您不必再關心設備是如何在鏈路層中連接的，也不用關心不同網路通訊協定之間的翻譯轉換。這將使具有不同空口無線電的設備之間更容易交互操作。正如1248.io（https://www.devicepilot.com/）的工程師和創始人Pilgrim Beart所說：
“使用互聯網（甚至距離智慧手機幾米的設備，例如一個PVR（Personal video recorder：個人視頻錄影設備）或者音訊系統）可能在技術上聽起來很瘋狂，但它具有巨大的優勢，它使用互聯網作為通用語言，從而避免了物理標準問題。您的手機和PVR可能不支援相同的物理標準，但仍可以進行通信。它還允許您從世界任何地方進行遠端控制。”
總結物聯網設備支援IP協定直接與Internet相連所需的標準和應用程式通訊協定仍在開發中，尚未準備好提供給消費者。另外，在互聯網上直接打開連接的設備還存在安全風險，必須加以解決。
使用低功率網路的設備仍然需要通過閘道與恰當的無線電技術進行連接，以便與這些設備通話。但是閘道可以更簡單：提供連接，防火牆以及當互聯網不可用時協調設備所需的本地智慧。而將智慧集中在邊緣設備中和雲端的應用潛力更大。
（完）