物联网网络协议和互联网网络层并不完全相同。虽然两者都基于网络技术，但它们在协议体系、应用场景和需求上存在显著差异。
互联网主要使用TCP/IP协议栈，包括物理层、数据链路层、网络层和传输层。其中，网络层负责处理分组在网络中的活动，协议包括IP协议、ICMP协议等。互联网的网络层主要强调开放性和通达性，对网络性能的要求是“尽力而为”的传送能力。
相比之下，物联网的网络层则更加复杂和多样化。物联网设备通常资源受限，因此需要轻量级的协议来满足低功耗、高实时性的需求。物联网的网络层不仅包括传统的IP协议，还可能使用ZigBee、LoRaWAN、NB-IoT等非IP协议。这些协议更适合物联网设备的特性，如低带宽、高延迟和动态路由机制。
此外，物联网的网络层还涉及接入网和核心网的优化，以适应不同的业务特征和应用场景。例如，物联网中的接入网可能包括移动通信网络、无线通信网络等，而核心网则负责管理和维护网络的安全性和稳定性。
尽管物联网和互联网在某些方面有共同的技术基础，但它们在网络层的实现和应用上有很大的不同。物联网的网络层更注重适应设备资源限制和多样化的应用场景，而互联网的网络层则更强调开放性和通达性。
一、 物联网网络协议有哪些，它们是如何适应低功耗和高实时性需求的?
物联网网络协议在适应低功耗和高实时性需求方面采取了多种策略，以满足不同应用场景的需求。以下是一些主要的物联网网络协议及其特点：
Zigbee 是基于 IEEE 802.15.4 标准的低功耗局域网协议，具有数据传输速率低(10Kb/s-250Kb/s)、功耗低、成本低、网络容量大(可容纳 65000 个设备)、延时短(典型搜索设备时延为 30ms，休眠激活时延为 15ms，活动设备信道接入时延为 15ms)等优点。Zigbee 协议通过时间同步网格协议(TSMP)来缓解多径衰减问题，并引入了时间同步的通道跳跃协议，提高了多跳网络中的可靠性。
LoRaWAN 是一种低功耗广域网(LPWAN)协议，适用于需要长距离传输和低功耗的应用，如远程控制和传感器网络。LoRaWAN 使用超帧结构来定义传输数据包大小，并实现可靠性和能耗之间的权衡。此外，LoRaWAN 的 MAC 层采用 ALOHA 协议简化介质访问方法，但需要退避过程来减少运行期间的功耗。
蓝牙低功耗通过引入睡眠模式和优化功耗平衡，提高了电池寿命。BLE 协议特别适用于需要持续数据流和低延迟的实时应用。
NB-IoT 是一种低功耗广域网技术，具有低成本、低功耗、强覆盖和大连接四大关键特点。通过采用小带宽、单天线、降低峰值速率、半双工、降低发射功率等技术显著降低了物联网终端的成本，并通过增强的非连续接收(eDRX)和节能模式(PSM)进一步降低了功耗。
Sigfox 协议适用于需要长距离、低功耗消息传输的应用，如水表、电表和低速率网络。然而，随着传感器数量的增加，其响应能力会下降。
IPv6 用于物理层和数据报传输层安全协议(DTLS)，而约束应用协议(CoAP)在网络层和应用层中被利用。这些协议支持轻量级通信和全面的安全性，适用于资源受限的设备。
时间敏感型网络(TSCH)协议允许同时保持多个活动链接，但需要根据节点的流量需求提供特定的 QoS。路由协议 RPL 使用主动的路由维护机制，但在多媒体通信中存在子优化性能问题，因此需要设计一种基于 RPL 的节能路由方案。
这些协议通过不同的技术手段来实现低功耗和高实时性的需求。例如，通过时间同步和信道跳跃提高可靠性、引入睡眠模式和优化功耗平衡、采用小带宽和低发射功率等技术来延长电池寿命和减少能耗。
二、 ZigBee、LoRaWAN、NB-IoT等非IP协议在物联网中的具体应用和优势是什么?
ZigBee、LoRaWAN和NB-IoT是物联网(IoT)中常用的非IP协议，它们各自具有独特的应用和优势。
1. ZigBee
ZigBee是一种低功耗、低速率的无线通信协议，适用于近距离传输。其主要特点包括：
低功耗：ZigBee设计用于低能耗操作，使其非常适合需要长期电池寿命的应用。
短距离覆盖：ZigBee的覆盖范围通常在数百米内，适合局域网设备的灵活组网应用，如智能家居自动化系统。
高网络韧性：ZigBee支持星型、树型和网状网络拓扑结构，即使一个节点故障，其他节点也可以接管数据传输，从而提高网络的可靠性。
多层安全措施：ZigBee提供AES-128加密、链路层帧保护和设备认证支持，确保数据传输的安全性。
2. LoRaWAN
LoRaWAN是一种基于LoRa技术的低功耗广域网(LPWAN)协议，具有以下优势：
长距离覆盖：LoRaWAN可以在农村地区实现长达15公里的传输距离，在城市地区可达5公里。
低功耗：LoRaWAN设备设计用于长电池寿命，适合需要间歇性通信需求的应用。
扩展覆盖范围：LoRaWAN通过使用chirp spread spectrum(CSS)调制确保了稳健的覆盖范围，尽管这可能以数据速率和能效的降低为代价。
低成本设备：LoRaWAN支持低成本设备，使其在大规模部署时更具经济性。
3. NB-IoT
NB-IoT(窄带物联网)是一种基于4G LTE网络的低功耗广域网(LPWAN)技术，具有以下特点：
高覆盖范围：NB-IoT能够在城市区域覆盖18公里，在郊区可达25公里。
低功耗：NB-IoT设备设计用于延长电池寿命，预期寿命可达数年，适用于远程监控和数据传输。
抗无线电干扰：NB-IoT具有出色的抗无线电干扰能力，能够连接深室内或地下环境中的设备。
灵活的能源管理：NB-IoT为现有网络拓扑提供了更灵活的能源管理措施，其运营寿命超过15年，非常适合小尺寸设备如智能手表。
4. 具体应用
智能家居：ZigBee因其低功耗和短距离特性，常用于智能家居控制系统，如电力线载波通信(PLCC)和ZigBee通信技术的智能家居控制系统。
农业监控：LoRaWAN和NB-IoT均适用于农业领域，其中LoRaWAN因其长距离和低功耗特性，可能在未来取代NB-IoT成为传输农业信息的理想选择。
关键基础设施监控：NB-IoT和LoRaWAN在智能城市关键基础设施现代化和安全增强中也有广泛应用，如水供应和净化系统的监控。
ZigBee、LoRaWAN和NB-IoT各有其独特的优势和应用场景。ZigBee适合近距离、高可靠性的局域网应用;LoRaWAN适用于长距离、低成本的广域网应用;
三、 物联网网络层如何优化接入网和核心网以适应不同的业务特征和应用场景?
物联网网络层的优化需要针对不同的业务特征和应用场景进行调整，以确保其能够高效、稳定地支持各种物联网应用。以下是关于如何优化接入网和核心网的详细分析：
1. 接入网的优化：
异构接入技术的应用：物联网设备种类繁多，接入方式也多种多样，包括移动网络、无线接入网络、固定网络和有线电视网络等。为了适应这些不同的接入方式，核心网络需要支持多种接入技术，如2G/3G移动接入、xDSL/FTTX有线接入、宽带无线接入等。此外，物联网接入网还需要提供认证、鉴权等功能，确保只有合法的终端或网关能够接入到核心网络。
移动性管理：由于物联网设备往往需要在不同网络间漫游，因此接入网需要具备强大的移动性管理功能，以保证服务的无缝切换。例如，在物联网环境中，边缘计算(EC)可以作为物联网接入层与核心网络之间的桥梁，通过边缘网关处理数据并减少延迟，从而提高响应速度。
2. 核心网的优化：
统一高性能网络架构：核心网应基于接口的统一、高性能、可扩展的网络架构，支持异构接入以及终端的移动性。这种架构能够灵活应对不同类型的物联网应用需求，并提供必要的网络控制功能、业务控制功能和互联互通功能。
扁平化网络结构：为了减少数据传输中的损耗和延迟，核心网需要构建一个扁平化的网络结构，简化数据包的处理流程。例如，5G无线通信系统展示了全IP网络模型，其中用户终端和独立的无线电接入技术是关键组成部分，每个终端对应一条IP链接，可连接外部互联网。
功能增强与优化：现有网络需要进行优化和功能增强，以适应物联网特有的业务特征。例如，3GPP TR 23.888中提出了对现有移动网的增强和优化技术及方案。
3. 综合考虑不同应用场景的需求：
感知层与应用层的协同：物联网网络层不仅要实现物与物之间的通信，还要实现物与人以及人与人之间的通信。这就要求建立一个端到端的全局物联网网络，确保信息在感知层和应用层之间高效传递。
边缘计算与软件定义网络（SDN）的结合：通过将边缘计算和SDN技术集成到物联网架构中，可以进一步优化网络性能。边缘计算可以处理需要更高计算和内存能力的服务，而SDN则可以动态调整网络资源分配，以满足实时物联网服务的需求。
物联网网络层的优化需要从多个方面入手，包括接入网的异构接入技术应用、核心网的统一高性能架构、扁平化网络结构以及边缘计算与SDN技术的结合。
四、 物联网与互联网在网络层实现上的主要技术差异是什么?
物联网与互联网在网络层实现上的主要技术差异主要体现在以下几个方面：
物联网设备通常采用轻量级的通信协议，如MQTT、CoAP等，以适应设备端MCU能力不足的情况。这些协议简化了数据传输过程，减少了带宽需求和计算复杂度。相比之下，互联网主要使用TCP/IP协议，适用于高带宽和复杂的数据处理需求。
物联网的网络拓扑结构更加多样化，包括边缘节点、网关和云服务器等多种组合形式。这种多样化的拓扑结构使得物联网能够更好地适应不同应用场景的需求。而传统的互联网网络拓扑相对单一，主要依赖于中心化的服务器架构。
物联网的数据特性包括带宽、总量、种类、方向和更新频率等方面的不同。物联网设备产生的数据量通常较小，但更新频率较高，且数据类型多样。因此，物联网需要更高效的存储和分析平台来处理这些数据。互联网的数据则通常具有更大的总量和更高的带宽需求。
物联网设备在能源、处理能力和内存方面受到严格限制。这导致物联网网络需要采用低功耗损失网络(LLN)，并增加适应层如IPv6 over LoWPAN来实现IPv6地址分配。而互联网设备通常拥有丰富的资源，可以支持更复杂的算法和数据处理任务。
物联网对网络的安全性和实时性要求更高。物联网设备需要在动态的网络环境中保持稳定连接，并且能够及时响应外部事件。而互联网的安全性和实时性要求相对较低，更多关注的是数据传输的完整性和可靠性。
物联网的系统架构需要支持高可用性和高并发性，并且需要考虑设备的异构性和可扩展性。物联网还涉及多种标准和协议的管理，以确保不同设备之间的互操作性。互联网的系统架构则更加标准化和统一，主要面向人与人之间的信息交换。
物联网与互联网在网络层实现上的主要技术差异体现在协议选择、网络拓扑、数据特性、设备资源限制、安全性和实时性要求以及系统架构等多个方面。
五、 物联网网络层的安全性和稳定性管理策略有哪些?
物联网网络层的安全性和稳定性管理策略包括多个方面，旨在确保物联网系统的整体安全性和可靠性。以下是主要的安全性和稳定性管理策略：
1. 通用网络防护：
网络结构安全：合理划分网络安全域，加强安全边界隔离，避免安全问题的扩散。
访问控制：在网络边界部署防火墙，制定访问规则和访问控制策略，实现系统内外网边界的访问控制。
网络入侵防护：部署入侵监测设备，对网络攻击进行监控和报警，具备端口扫描、暴力破解、缓冲区溢出攻击、IP碎片攻击、网络蠕虫、病毒、木马、IP重用防护、DDoS等攻击的防护能力。
2. 设备管理：
固件/软件更新和修补程序：建立适当的设备管理，包括固件/软件更新和修补程序，并保持连接设备、软件和固件版本清单。在“运营”生命周期阶段应始终应用最新的修补程序。
物理访问控制：严格执行访问控制，包括对物联网设备的物理访问。
3. 弹性与恢复：
定期备份系统数据：包括设置，并进行系统灾难恢复演习。
定期评估：进行定期的渗透测试和/或漏洞评估，并将威胁建模纳入漏洞评估的一部分。
4. 安全通信协议：
强数据加密和认证机制：使用TLS或DTLS等安全通信协议，确保数据传输的安全性。
访问控制和基于角色的认证：采用访问控制和基于角色的认证机制，以确保只有授权用户可以访问特定资源。
5. 边缘计算安全管理：
安全策略管控：制定和实施各种安全策略，如网络安全策略、访问控制策略等。
持续监测和信任评估：实时监控物联网系统和设备的安全状况，及时发现和处理潜在威胁，并通过对安全性能、信任度和合规性进行评估来保证物联网系统的安全和可靠性。
安全管理中心：作为统一管理和控制的中心节点，负责监测、处理和报告安全事件，具备实时监测、智能分析和自动应对功能。
6. 前沿技术应用：
机器学习、区块链和边缘计算：这些技术可以作为增强物联网安全性的潜在解决方案，帮助应对不断演变的网络威胁。
