物聯網協議是物聯網技術棧的關鍵部分-如果沒有它們，硬件將變得無用，因為物聯網協議使它能夠以結構化和有意義的方式交換數據。從這些傳輸的數據中，可以為最終用戶提取有用的信息，并且由于此，整個部署變得經濟上有利可圖，尤其是在IoT設備管理方面。 

在談論物聯網時，我們總是在考慮交流。傳感器，設備，網關，服務器和用戶應用程序之間的交互是使物聯網成為現實的基本特征。但是，使所有這些聰明的東西都可以交談和交互的是IoT協議，可以將其視為IoT設備用于通信的語言。

物聯網協議概述

約束應用協議(CoAP)

現有的Internet基礎架構可免費使用且可用于任何IoT設備，但對于大多數IoT用例而言，它通常被證明過于沉重且耗能。由IETF約束RESTful環境工作組創建并于2013年啟動，約束應用協議(CoAP)旨在轉換HTTP模型，以便可以在限制性設備和網絡環境中使用。

CoAP旨在滿足基于HTTP的IoT系統的需求，它依靠用戶數據報協議(UDP)在端點之間建立安全通信。通過允許廣播和多播，UDP能夠將數據傳輸到多個主機，同時保持通信速度和低帶寬使用率，這使其非常適合通常在資源受限的M2M環境中使用的無線網絡。CoAP與HTTP共享的另一件事是RESTful體系結構，該體系結構支持應用程序端點之間的請求/響應交互模型。而且，CoAP采用基本的HTTP get，post，put和delete方法，因此在客戶端之間進行交互時可以避免歧義。

CoAP具有服務質量，用于控制發送的消息并將消息相應地標記為“可確認”或“不可確認”，這表明收件人是否應返回“確認”。CoAP的其他有趣功能是它支持內容協商和資源發現機制。除了傳輸IoT數據外，CoAP還利用數據報傳輸層安全性(DTLS)在傳輸層中安全地交換消息。CoAP完全滿足了極輕協議的需求，以滿足電池供電或低能耗設備的需求。總而言之，CoAP與現有的基于Web服務的IoT系統非常匹配。

消息隊列遙測傳輸(MQTT)

消息隊列遙測傳輸可能是迄今為止工業物聯網中最廣泛采用的標準，是一種輕量級的發布/訂閱類型(pub / sub)消息傳遞協議。MQTT專為電池供電的設備而設計，其架構簡單輕巧，為設備提供了低功耗。它基于TCP / IP協議，特別為不可靠的通信網絡而設計，以應對近年來出現在網絡中的小型廉價低功耗對象數量日益增長的問題。

MQTT基于訂戶，發布者和代理模型。在模型中，發布者的任務是收集數據，并通過中介層(即代理)將信息發送給訂戶。另一方面，代理的作用是通過交叉檢查發布者和訂閱者的授權來確保安全。MQTT提供了三種實現此目的的方式(服務質量)，借助該方式，發布者可以定義其消息的質量：

• QoS0(最多一次)：可靠性最低的模式，但最快的模式。發送出版物，但未收到確認。
• QoS1(至少一次)：確保消息至少被傳遞一次，但是可能會收到重復消息。
• QoS2(恰好一次)：最可靠的模式，同時最消耗帶寬。控制重復項以確保僅將郵件傳遞一次。

MQTT在電表，車輛，檢測器以及工業或衛生設備等物聯網設備中得到廣泛應用，因此可以很好地滿足以下需求：

• 最小帶寬使用
• 通過無線網絡操作
• 低能耗
• 必要時具有良好的可靠性
• 很少的處理和內存資源

盡管具有其特性，但是由于某些事實通過TCP傳輸消息并管理長主題名稱，因此MQTT對于某些限制性很強的設備可能會出現問題。這可以通過使用UDP并支持主題名稱索引的MQTT-SN變體解決。但是，盡管MQTT被廣泛采用，但它不支持定義明確的數據表示和設備管理結構模型，這使其數據管理和設備管理功能的實現完全針對特定平臺或特定于供應商。

WIFI

創建Wi-Fi網絡要求設備能夠發送無線信號，這意味著電話，計算機或路由器等設備。在家里，路由器用于將Internet連接從公共網絡傳輸到私人家庭或辦公室網絡。WiFi提供Internet連接到一定范圍內的附近設備。使用WiFi的另一種方法是創建WiFi熱點，即電話或計算機可以通過廣播信號與其他設備共享無線或有線Internet連接。

WiFi使用在特定頻率(例如2.4 GHz或5 GHz信道)上廣播信息的無線電波。兩個頻率范圍均具有多個信道，不同的無線設備可以通過這些信道工作，這有助于分配負載，從而不會中斷設備的各個連接。這在很大程度上防止了無線網絡的溢出。

標準WiFi連接的典型范圍是100米。但是，最常見的范圍限于10-35米。有效的網絡覆蓋范圍受到天線強度或傳輸頻率的極大影響。WiFi Internet連接的范圍和速度取決于環境以及它提供內部還是外部覆蓋。因此，使用WiFi互聯網連接的各種設備的速度隨著計算機接近主信號源而增加，而速度隨著計算機遠離信號源而降低。

ZigBee

基于ZigBee的網絡的特點是功耗低，吞吐量低(高達250 kbps)，節點之間的連接范圍為100米。典型的應用包括傳感器網絡，個人網絡(WPAN)，家庭自動化，警報系統和監視系統。

它的初始規范在2003年被確認為IEEE標準，并且與之兼容的首個OEM模塊ZigBee于2006年初開始批量銷售。

ZigBee被開發為自配置，短距離無線電網絡的標準，旨在用于遙測系統，各種類型的傳感器，監視設備之間的通信以及無線讀取電能表和熱量表的測量結果， ZigBee標準相對簡單，可抵抗通信錯誤和未經授權的讀取，分組數據交換協議，通常在要求相對較小的設備(例如微控制器，傳感器等)中實現。

ZigBee基于自組裝和自修復的網格拓撲，因此易于安裝和維護。它還可以輕松擴展到數千個節點，如今，許多供應商提供了支持此開放標準的設備。

藍牙

藍牙是一項允許無線連接各種電子設備的技術，例如電話，鍵盤，計算機，筆記本電腦，鼠標，掌上電腦，打印機，耳機或免提電話等。如果您不希望使用類似Wiki的定義，那么這是IEEE 802.15.1規范中描述的開放標準，其技術規范包括三類ERP 1-3傳輸功率，分別為100、10和1米的開放空間。最常見的類是第二類(10m)，它使您可以連接位于不同房間甚至不同樓層的設備。

該標準使用2.4 GHz ISM頻帶中的無線電波，并且啟用該標準的設備是藍牙適配器。

在藍牙技術中，數據以數據包的形式發送到帶寬為1 Mhz的79個通道之一(對于最舊的Bluetooth 1.0標準而言)，這可確保最大傳輸速度為721 kbit / s。對于最新的藍牙4.0標準，有40個通道的帶寬為2 Mhz，這保證了最高3 Mb / s的最大數據傳輸速度。值得一提的是，保證更快的數據傳輸和更高安全性的新藍牙標準也與舊版本兼容。

可擴展消息和狀態協議(XMPP)

由Jabber開源社區于1999年開發，最初用于實時消息傳遞，該面向消息中間件的通信IoT協議基于XML語言。它允許在兩個或多個網絡客戶端之間實時交換結構化但可擴展的數據。

自成立以來，XMPP已被廣泛用作通信協議。隨著時間的流逝以及輕量級XMPP規范的出現：XMPP-IoT，它已繼續用于物聯網環境。作為一個開放社區支持的標準，XMPP IoT的優勢在于地址和可伸縮性功能，使其非常適合面向消費者的IoT部署。

在物聯網通信中使用XMPP的缺點中，應注意的是它既不提供服務質量也不提供端到端加密。由于這些限制，除其他因素外，預計其在物聯網中的應用將保持與業界的松散連接，因為該協議絕對不會成為日常數據交換和管理的標準。資源受限的設備，就像MQTT或LwM2M一樣。

數據分發服務(DDS)

DDS協議是在發布-訂閱方法的基礎上開發的。由對象管理組(OMG)設計的DDS協議，用于實時M2M通信，可在獨立于硬件和軟件平臺的連接設備之間實現可擴展，可靠，高性能和可互操作的數據交換。DDS支持無代理架構和多播，以提供高質量的QoS并確保互操作性。

DDS協議的體系結構基于以數據為中心的發布-訂閱層(DCPS)和可選的數據本地重建層(DLRL)。盡管DCPS層負責向訂戶提供資源感知，可擴展和高效的數據分發，但DLRL提供了DCPS功能的接口，從而允許在IoT連接的對象之間傳輸數據。

盡管不是典型的物聯網解決方案，但DDS仍然可以在某些工業物聯網部署中找到其應用，例如：空中交通控制，智能電網管理，自動駕駛汽車，運輸系統，機器人技術，發電和醫療保健服務。總體而言，DDS可用于管理輕型設備之間的數據交換以及大型高性能傳感器網絡的互連。它還可以從云發送和接收數據。

高級消息隊列協議(AMQP)

AMQP是一種開放標準的發布/訂閱類型協議，起源于2003年，其起源于金融服務行業。盡管它在信息通信技術中取得了一些進展，但在物聯網行業中其使用仍然受到很大限制。AMQP規范描述了消息定向，排隊，路由(包括點對點以及發布和訂閱)，可靠性和安全性等功能。AMQP的最大好處可能是其強大的通信模型。AMQP可以保證完整的交易-盡管有用，但并不總是IoT應用程序需要的。

由于AMQP較重，因此不適合內存，功率或網絡帶寬有限的傳感器設備使用，但對于單獨的物聯網用例，它可能是唯一適用于端到端應用程序的協議，包括工業重型機械等示例或SCADA系統，其中設備和網絡通常具有更強大的功能。

輕量級M2M(LwM2M)

LwM2M與物聯網中應用的其他協議的不同之處在于，LwM2M經過專門設計，可以滿足資源受限設備的全面處理要求。它由開放移動聯盟(現為OMA SpecWorks)于2014年推出，為IoT數據通信和設備管理提供了明確的標準。

為什么要關心物聯網協議?

智能設備與普通設備的區別在于，后者在出現故障時保持靜音，而前者能夠在遇到任何問題時與其他設備(不僅是相同類型的設備)進行對話，并且需要，將故障傳達給用戶或自動尋求幫助。但是，只有在存在一種通信媒介(一種給定的IoT生態系統中的所有設備都可以共享并能夠使用的通用“語言”)的情況下，每種此類交互實例才有可能。在物聯網中，該介質由IoT協議提供：要么是已長期使用的Internet協議，要么是專門為連接的設備通信而開發的IoT協議。

這是物聯網需要標準化物聯網協議的原因之一。它們有助于避免進一步分散，從而最大程度地降低安全威脅的風險。

盡管這似乎是所有人都同意的肯定，但迄今為止，幾乎沒有人提出建議來統一所有物聯網通信的全球標準。然而，在過去的幾年中，物聯網已經出現了旨在應對挑戰并提供多功能性而又不犧牲安全性，部署速度和簡便性的協議。OMA輕量級M2M是一種可滿足各種設備管理用例在提供通用標準的同時提供適用解決方案的具體需求的物聯網協議，本文稍后將對此進行討論。

另一方面，物聯網的碎片化是物聯網本身的本質的結果：物聯網內部以技術和標準的多樣性代表的異質性與物聯網旨在連接的世界上物聯網的多樣性相匹配。同樣，物聯網通信有很多方面，每種方面都有適合自己目的的協議類型。IoT協議可以根據它們在網絡中扮演的角色進行劃分。除其他外，在連接基礎結構(例如6LowPAN)，通信(Wi-Fi，藍牙)，數據傳輸(MQTT，CoAP，XMPP)，安全性(DTLS)，設備管理以及遙測(LwM2M)中使用協議。

結語

在過去的二十年中，物聯網在全球范圍內持續快速發展。它已遍及制造業，醫療保健，汽車，安全，運輸等眾多行業分支，極大地增強了企業的能力并為其帶來了經濟價值。

如今，物聯網支持數十種不同的物聯網協議。有鑒于此，許多物聯網專家已經開始呼吁全球協議標準化。但是，由于內在的分散性，物聯網市場可能永遠不會真正需要包羅萬象的標準。正如物聯網行業中出現越來越多的應用程序和用例一樣，適合其用途的物聯網協議的部署也將一路走來。再次強調，安全有效的設備管理是全球物聯網網絡可持續發展的基石。這就是描述和理解各種物聯網協議真正重要的原因之一。因此，真正需要的是了解自己的業務需求和要求