物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量和覆蓋范圍正在迅速擴大，據(jù)研究報告，2020年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次超過非物聯(lián)網(wǎng)在線連接數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的可用性和擴展，包括 5G 和低功耗廣域網(wǎng)，推動并支持了大部分增長。

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為什么物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議很重要?

物聯(lián)網(wǎng)的好處和價值來自于使組件能夠通信;這種通信能力是將數(shù)據(jù)從端點設備通過物聯(lián)網(wǎng)管道移動到中央服務器的原因。

這種通信通過物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進行，可確保連接環(huán)境中的下一步和后續(xù)步驟接收和理解從端點設備(例如傳感器)發(fā)送的數(shù)據(jù)，無論該數(shù)據(jù)的下一步是發(fā)送到另一個端點設備還是網(wǎng)關或應用程序。

簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議對于物聯(lián)網(wǎng)的存在與事物本身一樣重要。

盡管作為一個集體的協(xié)議對于使物聯(lián)網(wǎng)工作至關重要，但協(xié)議并非生來平等。行業(yè)專家表示，并非所有協(xié)議都能在任何情況下都能正常工作或運行良好。有些協(xié)議適用于建筑物中的物聯(lián)網(wǎng)使用，有些適用于建筑物之間的物聯(lián)網(wǎng)部署，而另一些則適用于國家或全球物聯(lián)網(wǎng)用例。

物聯(lián)網(wǎng)中有多少協(xié)議?

有多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議可用，每一種協(xié)議都提供某些功能或特性組合，使其優(yōu)于特定物聯(lián)網(wǎng)部署的其他選項。

每個物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議都支持設備到設備、設備到網(wǎng)關或設備到云或數(shù)據(jù)中心的通信——或者這些通信的組合。

地理位置和特殊位置、功耗需求、電池供電選項、物理障礙的存在和成本等因素決定了物聯(lián)網(wǎng)部署中哪種協(xié)議是最佳的。

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)有哪些不同層次?

網(wǎng)絡系統(tǒng)是作為技術堆棧構(gòu)建的;這些通常在參考模型(一種框架)中可視化，技術人員使用該模型來概念化數(shù)據(jù)在整個堆棧中的通信方式。

最著名的是開放系統(tǒng)互連 (OSI) 模型，它列出了七層。從下到上，層數(shù)是：

• 身體的
• 數(shù)據(jù)鏈接
• 網(wǎng)絡
• 運輸
• 會議
• 介紹
• 應用

物聯(lián)網(wǎng)也以多層模型表示。雖然有些使用OSI七層模型，但其他使用的包括：

• 三層模型：感知、網(wǎng)絡和應用
• 四層模型：感知、支撐、網(wǎng)絡和應用
• 五層模型：感知、傳輸、處理、應用和業(yè)務，或物理、數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡、傳輸和應用

使用的協(xié)議通常因?qū)佣悺Ｒ虼耍锫?lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)可以有多種協(xié)議，不同的協(xié)議支持不同層的通信，一些協(xié)議跨層橋接。例如，藍牙和無線在最底層支持通信，而數(shù)據(jù)分發(fā)服務(DDS)和MQTT則在應用層工作。

最常見的協(xié)議

在構(gòu)建網(wǎng)絡以服務于他們的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)時，技術人員可以從多種通信協(xié)議中進行選擇。最常見的包括以下內(nèi)容。

1. AMQP

AMQP 是 Advanced Message Queuing Protocol 的縮寫，是一種開放標準協(xié)議，用于更多面向消息的中間件。因此，無論使用何種消息代理或平臺，它都允許系統(tǒng)之間的消息傳遞互操作性。它提供安全性和互操作性以及可靠性，即使是在遠距離或在較差的網(wǎng)絡上也是如此。即使系統(tǒng)不同時可用，它也支持通信。

2. 藍牙和BLE

藍牙是一種使用短波超高頻無線電波的短距離無線技術。它最常用于音頻流，但它也已成為無線和連接設備的重要推動者。因此，這種低功耗、低范圍的連接選項是個人局域網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)部署的首選。

另一種選擇是低功耗藍牙，稱為藍牙 LE 或 BLE，這是針對物聯(lián)網(wǎng)連接優(yōu)化的新版本。顧名思義，BLE 的功耗低于標準藍牙，這使其在許多用例中特別有吸引力，例如消費者端的健康和健身追蹤器和智能家居設備以及商業(yè)端的店內(nèi)導航。

3. 蜂窩

蜂窩是物聯(lián)網(wǎng)應用中最廣泛可用和最知名的選項之一，它是通信范圍更遠的部署的最佳選擇之一。盡管 2G 和 3G 傳統(tǒng)蜂窩標準現(xiàn)在正在逐步淘汰，但電信公司正在迅速擴大更新的高速標準的覆蓋范圍——即 4G/LTE 和 5G。蜂窩提供高帶寬和可靠的通信。它能夠發(fā)送大量數(shù)據(jù)，這是許多物聯(lián)網(wǎng)部署的重要功能。然而，這些功能是有代價的：比其他選項更高的成本和功耗。

4. 合作協(xié)議

IETF 受限 RESTful 環(huán)境工作組于 2013 年推出了 CoAP，用于受限應用協(xié)議，將其設計為與基于 HTTP 的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一起使用。CoAP 依靠用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議來建立安全通信并實現(xiàn)多點之間的數(shù)據(jù)傳輸。CoAP通常用于機器對機器(M2M) 應用程序，即使存在低帶寬、低可用性和/或低能耗設備，也能讓受限設備加入物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

5. DDS

對象管理組 (OMG) 為實時系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)據(jù)分發(fā)服務。OMG 將 DDS 描述為“用于以數(shù)據(jù)為中心的連接的中間件協(xié)議和 API 標準”，并解釋說“它將系統(tǒng)的組件集成在一起，提供低延遲的數(shù)據(jù)連接、極高的可靠性和可擴展的架構(gòu)，業(yè)務和關鍵任務物聯(lián)網(wǎng)應用程序需要。” 該 M2M 標準使用發(fā)布-訂閱模式實現(xiàn)高性能和高度可擴展的實時數(shù)據(jù)交換。

6. LoRa和LoRaWAN

LoRa，即遠程，是一種非蜂窩無線技術，正如其名稱所描述的那樣，提供遠程通信功能。它為M2M應用程序和物聯(lián)網(wǎng)部署提供安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸?。作為一項專有技術，它現(xiàn)在是 Semtech射頻平臺的一部分。Semtech是其創(chuàng)始成員的LoRa 聯(lián)盟現(xiàn)在是LoRa技術的管理機構(gòu)。LoRa聯(lián)盟還設計并維護了LoRaWAN，這是一種基于云的開放協(xié)議，使設備能夠與 LoRa 進行通信。

7. LWM2M

OMA SpecWorks 將其輕量級 M2M (LWM2M) 描述為“為傳感器網(wǎng)絡和 M2M 環(huán)境需求而設計的設備管理協(xié)議”。該通信協(xié)議專為物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和其他 M2M 應用中的遠程設備管理和遙測而設計;因此，對于處理和存儲能力有限的低功耗設備來說，這是一個不錯的選擇。

8. MQTT

開發(fā)于1999年，最初被稱為消息隊列遙測傳輸，現(xiàn)在只是 MQTT。該協(xié)議中不再有任何消息排隊。MQTT 使用發(fā)布-訂閱架構(gòu)來實現(xiàn) M2M 通信。其簡單的消息傳遞協(xié)議適用于受限制的設備，并支持多個設備之間的通信。它旨在在低帶寬情況下工作，例如用于不可靠網(wǎng)絡上的傳感器和移動設備。該功能使其成為連接具有小代碼占用空間的設備以及由于帶寬限制或不可靠連接而具有不同延遲水平的無線網(wǎng)絡的普遍首選選項。MQTT 最初是一種專有協(xié)議，現(xiàn)在是連接物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的領先開源協(xié)議 設備。

9. 無線網(wǎng)絡

鑒于其在家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑中的普遍應用，Wi-Fi 是一種常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。它提供快速的數(shù)據(jù)傳輸并能夠處理大量數(shù)據(jù)。Wi-Fi 特別適用于中短距離的 LAN 環(huán)境。此外，Wi-Fi 的多種標準——在家庭和一些企業(yè)中最常見的是 802.11n——為技術人員提供了部署選擇。然而，許多 Wi-Fi 標準，包括家庭中常用的標準，對于某些物聯(lián)網(wǎng)用例來說太耗電，尤其是低功耗/電池供電的設備。這限制了Wi-Fi作為某些部署的選項。此外，Wi-Fi 的低覆蓋范圍和低可擴展性也限制了其在許多物聯(lián)網(wǎng)部署中使用的可行性。

10. XMPP

追溯到 2000 年代初，Jabber 開源社區(qū)首次設計了可擴展消息傳遞和在線狀態(tài)協(xié)議 (XMPP)，用于實時人與人之間的通信，XMPP 現(xiàn)在用于輕量級中間件中的M2M 通信和路由 XML 數(shù)據(jù). XMPP 支持網(wǎng)絡上多個實體之間結(jié)構(gòu)化但可擴展的數(shù)據(jù)的實時交換，它最常用于面向消費者的物聯(lián)網(wǎng)部署，例如智能設備。它是 XMPP 標準基金會支持的開源協(xié)議。

11. Zigbee

Zigbee 是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡協(xié)議，專為建筑和家庭自動化應用而設計，是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中最流行的網(wǎng)狀協(xié)議之一。Zigbee 是一種短距離和低功耗協(xié)議，可用于擴展多個設備之間的通信。它的范圍比 BLE 更長，但數(shù)據(jù)速率比 BLE 低。它由 Zigbee 聯(lián)盟監(jiān)督，提供靈活的自組織網(wǎng)格、超低功耗和應用程序庫。

12. Z-Wave

另一個專有選項 Z-Wave 是一種基于低功耗射頻技術的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡通信協(xié)議。與藍牙和 Wi-Fi 一樣，Z-Wave 允許智能設備通過加密進行通信，從而為物聯(lián)網(wǎng)部署提供一定程度的安全性。它通常用于家庭自動化產(chǎn)品和安全系統(tǒng)，以及能源管理技術等商業(yè)應用。它在美國以 908.42 MHz 無線電頻率運行;但是，其頻率因國家/地區(qū)而異。Z-Wave 得到 Z-Wave 聯(lián)盟的支持，Z-Wave 聯(lián)盟是一個成員聯(lián)盟，致力于擴展使用 Z-Wave 的設備的技術和互操作性。

選擇正確的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

沒有一種通信協(xié)議是最好的，也沒有一種協(xié)議適合每一種部署。

企業(yè)技術人員必須根據(jù)他們計劃的物聯(lián)網(wǎng)部署的獨特情況來確定哪種協(xié)議最適合他們的組織。這些決定應權(quán)衡一系列因素，從連接設備的電源需求和這些設備的位置，到部署所在的地理規(guī)模和功能，再到部署的安全要求。