事實(shí)表明，并不是每種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議都適用于每種部署或設(shè)備。在選擇一種協(xié)議之前，請(qǐng)考慮功率和安全性需求。

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量和覆蓋范圍正在迅速擴(kuò)大，2020年標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量首次超過(guò)非物聯(lián)網(wǎng)在線連接數(shù)量。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IoTAnalytics公司的數(shù)據(jù)，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施數(shù)量將達(dá)到117億個(gè)，而非物聯(lián)網(wǎng)連接(如智能手機(jī)和電腦)將達(dá)到100億個(gè)。研究人員估計(jì)，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)量將增至309億個(gè)。

包括5G和低功耗廣域網(wǎng)在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的可用性和擴(kuò)展推動(dòng)并支持了大部分增長(zhǎng)。

為什么物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議很重要?

物聯(lián)網(wǎng)的好處和價(jià)值來(lái)自于使各個(gè)組件能夠進(jìn)行通信;這種通信能力是將數(shù)據(jù)從端點(diǎn)設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)管道傳輸?shù)街醒敕?wù)器的原因。

這種通信是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行的，它確保從端點(diǎn)設(shè)備(如傳感器)發(fā)送的數(shù)據(jù)被連接環(huán)境中的下一步和后續(xù)步驟接收和理解，無(wú)論該數(shù)據(jù)的下一步是發(fā)送到另一個(gè)端點(diǎn)設(shè)備、網(wǎng)關(guān)還是應(yīng)用程序。

總之，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)本身一樣，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的存在至關(guān)重要。

盡管協(xié)議作為一個(gè)集體對(duì)于使物聯(lián)網(wǎng)工作至關(guān)重要，但協(xié)議并非都是平等的。調(diào)查Gartner公司分析師指出，并非所有協(xié)議在任何情況下都有效，或者都能很好地發(fā)揮作用。一些協(xié)議適用于物聯(lián)網(wǎng)在建筑物中的使用，一些協(xié)議適用于物聯(lián)網(wǎng)在建筑物之間的部署，其他協(xié)議適用于國(guó)家或全球物聯(lián)網(wǎng)用例。

物聯(lián)網(wǎng)中有多少協(xié)議?

如今有多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議可用，每種協(xié)議都提供某些功能或功能組合，使其優(yōu)于特定物聯(lián)網(wǎng)部署的其他選項(xiàng)。

每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議都支持設(shè)備到設(shè)備、設(shè)備到網(wǎng)關(guān)或設(shè)備到云平臺(tái)/數(shù)據(jù)中心的通信，或者這些通信的組合。

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

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的不同層是什么?

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是作為一堆技術(shù)構(gòu)建的;這些通常在參考模型(一種框架)中可視化，技術(shù)人員使用參考模型概念化數(shù)據(jù)如何在整個(gè)堆棧上通信。

其中最著名的是開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，它列出了七個(gè)層。從下到上的層次如下:

（1）物理

（2）數(shù)據(jù)鏈路

（3）網(wǎng)絡(luò)

（4）運(yùn)輸

（5）會(huì)話

（6）演講

（7）應(yīng)用程序

物聯(lián)網(wǎng)也用多層模型來(lái)表達(dá)。雖然有些使用OSI七層模型，但其他使用的模型包括:

• 三層模型:感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用
• 四層模型:感知、支持、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用
• 五層模型:感知、傳輸、處理、應(yīng)用和業(yè)務(wù)，或物理、數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡(luò)、傳輸和應(yīng)用

使用中的互聯(lián)網(wǎng)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，有些協(xié)議跨層橋接示。

例如，藍(lán)牙和無(wú)線在最底層支持通信，而數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(DDS)和MQTT在應(yīng)用層工作。

最常見的協(xié)議

技術(shù)人員在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)其物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)時(shí)可以從多種通信協(xié)議中進(jìn)行選擇。最常見的包括以下內(nèi)容。

（1）AMQP

AMQP是高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議的簡(jiǎn)稱，是用于面向更多消息的中間件的開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。因此，無(wú)論使用什么消息代理或平臺(tái)，它都支持系統(tǒng)之間的消息傳遞互操作性。它提供了安全性和互操作性，以及可靠性，即使在遠(yuǎn)距離或在較差的網(wǎng)絡(luò)上。它支持通信，即使系統(tǒng)不能同時(shí)可用。

（2）藍(lán)牙和BLE

藍(lán)牙是一種短距離無(wú)線技術(shù)，使用短波長(zhǎng)、超高頻無(wú)線電波。它最常用于音頻流，但它也成為無(wú)線和連接設(shè)備的重要推動(dòng)者。因此，這種低功耗，低范圍連接選項(xiàng)是個(gè)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(lán)牙，其名稱為BLE，這是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)連接優(yōu)化的新版本。正如它的名字一樣，BLE比標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙消耗更少的功率，這使得它在許多用例中特別有吸引力，例如健康和健身追蹤器以及消費(fèi)者端的智能家居設(shè)備，以及商業(yè)方面的店內(nèi)導(dǎo)航。

（3）蜂窩

蜂窩（Cellular）是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中可用的最廣泛和最知名的選項(xiàng)之一，它是長(zhǎng)距離通信范圍部署的最佳選擇之一。盡管2G和3G傳統(tǒng)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)正在逐步淘汰，但電信公司正在迅速擴(kuò)大新的高速標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍，即4G/LTE和5G。蜂窩網(wǎng)絡(luò)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(jià)的:與其他選項(xiàng)相比，成本和功耗更高。

（4）CoAP

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組受限RESTful環(huán)境工作組于2013年推出了受限應(yīng)用協(xié)議（CoAP），旨在與基于互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一起工作。CoAP依靠用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議建立安全通信，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。CoAP通常用于機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)應(yīng)用程序，使受約束的設(shè)備能夠加入物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，即使存在低帶寬，低可用性和/或低能耗設(shè)備。

5.DDS

對(duì)象管理組織(OMG)為實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）。對(duì)象管理組織(OMG)將DDS描述為“以數(shù)據(jù)為中心的連接的中間件協(xié)議和API標(biāo)準(zhǔn)”，并解釋說(shuō)，“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、極高的可靠性以及業(yè)務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序所需的可擴(kuò)展架構(gòu)。”該M2M標(biāo)準(zhǔn)支持使用發(fā)布-訂閱模式進(jìn)行高性能和高度可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

6.LoRa和LoRaWAN

LoRa是一種非蜂窩無(wú)線技術(shù)，顧名思義，它提供了遠(yuǎn)程通信能力。它具有低功耗和安全的數(shù)據(jù)傳輸，適用于M2M應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)部署。這是一項(xiàng)專利技術(shù)，現(xiàn)在是Semtech射頻平臺(tái)的一部分。Semtech是LoRa聯(lián)盟的創(chuàng)始成員之一，現(xiàn)在是LoRa技術(shù)的管理機(jī)構(gòu)。LoRa聯(lián)盟還設(shè)計(jì)并維護(hù)了LoRaWAN，這是一種開放的基于云的協(xié)議，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠與LoRa通信。

（7）LWM2M

OMASpecWorks將其輕量級(jí)M2M(LWM2M)描述為“為傳感器網(wǎng)絡(luò)和M2M環(huán)境需求而設(shè)計(jì)的設(shè)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(yīng)用中的遠(yuǎn)程設(shè)備管理和遙測(cè)而設(shè)計(jì);因此，對(duì)于處理和存儲(chǔ)能力有限的低功耗設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的選擇。

（8）MQTT

MQTT開發(fā)于1999年，最初被稱為消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸，現(xiàn)在是MQTT。在這一協(xié)議中不再有任何消息隊(duì)列。MQTT使用發(fā)布-訂閱體系結(jié)構(gòu)來(lái)支持M2M通信。其簡(jiǎn)單的消息傳遞協(xié)議適用于受限設(shè)備，并支持多個(gè)設(shè)備之間的通信。它被設(shè)計(jì)為在低帶寬情況下工作，例如在不可靠的網(wǎng)絡(luò)上的傳感器和移動(dòng)設(shè)備。這種功能使其成為連接代碼占用較少的設(shè)備以及由于帶寬限制或不可靠連接而具有不同延遲級(jí)別的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的首選。MQTT最初是一個(gè)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)設(shè)備的領(lǐng)先開源協(xié)議。

（9）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

鑒于Wi-Fi在家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑中的普及，它是一種常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。它提供了快速的數(shù)據(jù)傳輸，并能夠處理大量數(shù)據(jù)。Wi-Fi特別適合局域網(wǎng)環(huán)境中短距離到中距離的使用。此外，Wi-Fi的多種標(biāo)準(zhǔn)（在家庭和一些企業(yè)中最常見的是802.11n）為技術(shù)人員提供了部署的選擇。然而，許多Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，包括家庭常用的Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于某些物聯(lián)網(wǎng)用例來(lái)說(shuō)太耗電了，尤其是低功耗/電池供電的設(shè)備。這限制了Wi-Fi作為某些部署的選擇。此外，Wi-Fi的低范圍和低可擴(kuò)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21世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)Jabber開源社區(qū)首次為實(shí)時(shí)人與人之間的通信設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展消息傳遞和狀態(tài)協(xié)議，現(xiàn)在XMPP用于輕量級(jí)中間件中的M2M通信和路由XML數(shù)據(jù)。XMPP支持在網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)實(shí)體之間實(shí)時(shí)交換結(jié)構(gòu)化但可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)，它最常用于面向消費(fèi)者的物聯(lián)網(wǎng)部署，例如智能設(shè)備。它是由XMPP標(biāo)準(zhǔn)基金會(huì)支持的開源協(xié)議。

（11）無(wú)線個(gè)域網(wǎng)

Zigbee是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，專為建筑和家庭自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)，是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中最流行的網(wǎng)狀協(xié)議之一。Zigbee是一種短距離低功耗協(xié)議，可用于在多個(gè)設(shè)備上擴(kuò)展通信。它的傳輸距離比BLE長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)速率比BLE低。在Zigbee聯(lián)盟的監(jiān)督下，它提供了一個(gè)靈活的、自組織的網(wǎng)格、超低功耗和一個(gè)應(yīng)用程序庫(kù)。

（12）Z-Wave

Z-Wave是另一種專利選擇，是一種基于低功耗射頻技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。與藍(lán)牙和Wi-Fi一樣，Z-Wave允許智能設(shè)備進(jìn)行加密通信，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(dòng)化產(chǎn)品和安全系統(tǒng)，以及商業(yè)應(yīng)用，例如能源管理技術(shù)。它在美國(guó)使用908.42MHz無(wú)線電頻率;雖然，它的頻率因國(guó)家不同而有所不同。Z-Wave由Z-Wave聯(lián)盟提供支持，該聯(lián)盟是一個(gè)成員聯(lián)盟，致力于擴(kuò)展使用Z-Wave的設(shè)備的技術(shù)和互操作性。

用戶如何選擇正確的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

如今，沒(méi)有哪一種是最好的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，也沒(méi)有哪一種協(xié)議適合所有部署。

與其相反，企業(yè)技術(shù)人員必須根據(jù)他們計(jì)劃的物聯(lián)網(wǎng)部署的獨(dú)特環(huán)境來(lái)確定哪種協(xié)議最適合他們的公司。這些決定應(yīng)該權(quán)衡一系列因素，從連接設(shè)備的電力需求和這些設(shè)備的位置，到部署位置的地理大小和特征，再到部署的安全要求。