物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)棧的關(guān)鍵部分-如果沒(méi)有它們，硬件將變得無(wú)用，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)協(xié)議使它能夠以結(jié)構(gòu)化和有意義的方式交換數(shù)據(jù)。從這些傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中，可以為最終用戶提取有用的信息，并且由于此，整個(gè)部署變得經(jīng)濟(jì)上有利可圖，尤其是在IoT設(shè)備管理方面。

在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)時(shí)，我們總是在考慮交流。傳感器，設(shè)備，網(wǎng)關(guān)，服務(wù)器和用戶應(yīng)用程序之間的交互是使物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)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(xié)議，可以將其視為IoT設(shè)備用于通信的語(yǔ)言。

物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議概述

約束應(yīng)用協(xié)議（CoAP）

　　現(xiàn)有的Internet基礎(chǔ)架構(gòu)可免費(fèi)使用且可用于任何IoT設(shè)備，但對(duì)于大多數(shù)IoT用例而言，它通常被證明過(guò)于沉重且耗能。由IETF約束RESTful環(huán)境工作組創(chuàng)建并于2013年啟動(dòng)，約束應(yīng)用協(xié)議(CoAP)旨在轉(zhuǎn)換HTTP模型，以便可以在限制性設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。

　　CoAP旨在滿足基于HTTP的IoT系統(tǒng)的需求，它依靠用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)在端點(diǎn)之間建立安全通信。通過(guò)允許廣播和多播，UDP能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)蕉鄠€(gè)主機(jī)，同時(shí)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(huán)境中使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。CoAP與HTTP共享的另一件事是RESTful體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)支持應(yīng)用程序端點(diǎn)之間的請(qǐng)求/響應(yīng)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(jìn)行交互時(shí)可以避免歧義。

　　CoAP具有服務(wù)質(zhì)量，用于控制發(fā)送的消息并將消息相應(yīng)地標(biāo)記為“可確認(rèn)”或“不可確認(rèn)”，這表明收件人是否應(yīng)返回“確認(rèn)”。CoAP的其他有趣功能是它支持內(nèi)容協(xié)商和資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制。除了傳輸IoT數(shù)據(jù)外，CoAP還利用數(shù)據(jù)報(bào)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(xié)議的需求，以滿足電池供電或低能耗設(shè)備的需求?？偠灾?，CoAP與現(xiàn)有的基于Web服務(wù)的IoT系統(tǒng)非常匹配。

消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）

　　消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸可能是迄今為止工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中最廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)，是一種輕量級(jí)的發(fā)布/訂閱類(lèi)型(pub / sub)消息傳遞協(xié)議。MQTT專(zhuān)為電池供電的設(shè)備而設(shè)計(jì)，其架構(gòu)簡(jiǎn)單輕巧，為設(shè)備提供了低功耗。它基于TCP / IP協(xié)議，特別為不可靠的通信網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中的小型廉價(jià)低功耗對(duì)象數(shù)量日益增長(zhǎng)的問(wèn)題。

　　MQTT基于訂戶，發(fā)布者和代理模型。在模型中，發(fā)布者的任務(wù)是收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)中介層(即代理)將信息發(fā)送給訂戶。另一方面，代理的作用是通過(guò)交叉檢查發(fā)布者和訂閱者的授權(quán)來(lái)確保安全。MQTT提供了三種實(shí)現(xiàn)此目的的方式(服務(wù)質(zhì)量)，借助該方式，發(fā)布者可以定義其消息的質(zhì)量：

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

　　MQTT在電表，車(chē)輛，檢測(cè)器以及工業(yè)或衛(wèi)生設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，因此可以很好地滿足以下需求：

• 　最小帶寬使用
• 　通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)操作
• 　低能耗
• 　必要時(shí)具有良好的可靠性
• 　很少的處理和內(nèi)存資源

　　盡管具有其特性，但是由于某些事實(shí)通過(guò)TCP傳輸消息并管理長(zhǎng)主題名稱(chēng)，因此MQTT對(duì)于某些限制性很強(qiáng)的設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。這可以通過(guò)使用UDP并支持主題名稱(chēng)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(shù)據(jù)表示和設(shè)備管理結(jié)構(gòu)模型，這使其數(shù)據(jù)管理和設(shè)備管理功能的實(shí)現(xiàn)完全針對(duì)特定平臺(tái)或特定于供應(yīng)商。

WIFI

　　創(chuàng)建Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)要求設(shè)備能夠發(fā)送無(wú)線信號(hào)，這意味著電話，計(jì)算機(jī)或路由器等設(shè)備。在家里，路由器用于將Internet連接從公共網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿饺思彝セ蜣k公室網(wǎng)絡(luò)。WiFi提供Internet連接到范圍內(nèi)的附近設(shè)備。使用WiFi的另一種方法是創(chuàng)建WiFi熱點(diǎn)，即電話或計(jì)算機(jī)可以通過(guò)廣播信號(hào)與其他設(shè)備共享無(wú)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(wú)線電波。兩個(gè)頻率范圍均具有多個(gè)信道，不同的無(wú)線設(shè)備可以通過(guò)這些信道工作，這有助于分配負(fù)載，從而不會(huì)中斷設(shè)備的各個(gè)連接。這在很大程度上防止了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的溢出。

　　標(biāo)準(zhǔn)WiFi連接的典型范圍是100米。但是，最常見(jiàn)的范圍限于10-35米。有效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍受到天線強(qiáng)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(huán)境以及它提供內(nèi)部還是外部覆蓋。因此，使用WiFi互聯(lián)網(wǎng)連接的各種設(shè)備的速度隨著計(jì)算機(jī)接近主信號(hào)源而增加，而速度隨著計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離信號(hào)源而降低。

ZigBee

　　基于ZigBee的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是功耗低，吞吐量低(高達(dá)250 kbps)，節(jié)點(diǎn)之間的連接范圍為100米。典型的應(yīng)用包括傳感器網(wǎng)絡(luò)，個(gè)人網(wǎng)絡(luò)(WPAN)，家庭自動(dòng)化，警報(bào)系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)。

　　它的初始規(guī)范在2003年被確認(rèn)為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，并且與之兼容的首個(gè)OEM模塊ZigBee于2006年初開(kāi)始批量銷(xiāo)售。

　　ZigBee被開(kāi)發(fā)為自配置，短距離無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，旨在用于遙測(cè)系統(tǒng)，各種類(lèi)型的傳感器，監(jiān)視設(shè)備之間的通信以及無(wú)線讀取電能表和熱量表的測(cè)量結(jié)果， ZigBee標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)簡(jiǎn)單，可抵抗通信錯(cuò)誤和未經(jīng)授權(quán)的讀取，分組數(shù)據(jù)交換協(xié)議，通常在要求相對(duì)較小的設(shè)備(例如微控制器，傳感器等)中實(shí)現(xiàn)。

　　ZigBee基于自組裝和自修復(fù)的網(wǎng)格拓?fù)?，因此易于安裝和維護(hù)。它還可以輕松擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)，如今，許多供應(yīng)商提供了支持此開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。

藍(lán)牙

　　藍(lán)牙是一項(xiàng)允許無(wú)線連接各種電子設(shè)備的技術(shù)，例如電話，鍵盤(pán)，計(jì)算機(jī)，筆記本電腦，鼠標(biāo)，掌上電腦，打印機(jī)，耳機(jī)或免提電話等。如果您不希望使用類(lèi)似Wiki的定義，那么這是IEEE 802.15.1規(guī)范中描述的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，其技術(shù)規(guī)范包括三類(lèi)ERP 1-3傳輸功率，分別為100、10和1米的開(kāi)放空間。最常見(jiàn)的類(lèi)是第二類(lèi)(10m)，它使您可以連接位于不同房間甚至不同樓層的設(shè)備。

　　該標(biāo)準(zhǔn)使用2.4 GHz ISM頻帶中的無(wú)線電波，并且啟用該標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備是藍(lán)牙適配器。

　　在藍(lán)牙技術(shù)中，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送到帶寬為1 Mhz的79個(gè)通道之一(對(duì)于最舊的Bluetooth 1.0標(biāo)準(zhǔn)而言)，這可確保最大傳輸速度為721 kbit / s。對(duì)于最新的藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)，有40個(gè)通道的帶寬為2 Mhz，這保證了最高3 Mb / s的最大數(shù)據(jù)傳輸速度。值得一提的是，保證更快的數(shù)據(jù)傳輸和更高安全性的新藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)也與舊版本兼容。

可擴(kuò)展消息和狀態(tài)協(xié)議（XMPP）

　　由Jabber開(kāi)源社區(qū)于1999年開(kāi)發(fā)，最初用于實(shí)時(shí)消息傳遞，該面向消息中間件的通信IoT協(xié)議基于XML語(yǔ)言。它允許在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)客戶端之間實(shí)時(shí)交換結(jié)構(gòu)化但可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)。

　　自成立以來(lái)，XMPP已被廣泛用作通信協(xié)議。隨著時(shí)間的流逝以及輕量級(jí)XMPP規(guī)范的出現(xiàn)：XMPP-IoT，它已繼續(xù)用于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。作為一個(gè)開(kāi)放社區(qū)支持的標(biāo)準(zhǔn)，XMPP IoT的優(yōu)勢(shì)在于地址和可伸縮性功能，使其非常適合面向消費(fèi)者的IoT部署。

　　在物聯(lián)網(wǎng)通信中使用XMPP的缺點(diǎn)中，應(yīng)注意的是它既不提供服務(wù)質(zhì)量也不提供端到端加密。由于這些限制，除其他因素外，預(yù)計(jì)其在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用將保持與業(yè)界的松散連接，因?yàn)樵搮f(xié)議絕對(duì)不會(huì)成為日常數(shù)據(jù)交換和管理的標(biāo)準(zhǔn)。資源受限的設(shè)備，就像MQTT或LwM2M一樣。

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）

　　DDS協(xié)議是在發(fā)布-訂閱方法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。由對(duì)象管理組(OMG)設(shè)計(jì)的DDS協(xié)議，用于實(shí)時(shí)M2M通信，可在獨(dú)立于硬件和軟件平臺(tái)的連接設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展，可靠，高性能和可互操作的數(shù)據(jù)交換。DDS支持無(wú)代理架構(gòu)和多播，以提供高質(zhì)量的QoS并確?；ゲ僮餍?。

　　DDS協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)基于以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布-訂閱層(DCPS)和可選的數(shù)據(jù)本地重建層(DLRL)。盡管DCPS層負(fù)責(zé)向訂戶提供資源感知，可擴(kuò)展和高效的數(shù)據(jù)分發(fā)，但DLRL提供了DCPS功能的接口，從而允許在IoT連接的對(duì)象之間傳輸數(shù)據(jù)。

　　盡管不是典型的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，但DDS仍然可以在某些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署中找到其應(yīng)用，例如：空中交通控制，智能電網(wǎng)管理，自動(dòng)駕駛汽車(chē)，運(yùn)輸系統(tǒng)，機(jī)器人技術(shù)，發(fā)電和醫(yī)療保健服務(wù)?？傮w而言，DDS可用于管理輕型設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換以及大型高性能傳感器網(wǎng)絡(luò)的互連。它還可以從云發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議（AMQP）

　　AMQP是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布/訂閱類(lèi)型協(xié)議，起源于2003年，其起源于金融服務(wù)行業(yè)。盡管它在信息通信技術(shù)中取得了一些進(jìn)展，但在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中其使用仍然受到很大限制。AMQP規(guī)范描述了消息定向，排隊(duì)，路由(包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及發(fā)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(qiáng)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(yīng)用程序需要的。

　　由于AMQP較重，因此不適合內(nèi)存，功率或網(wǎng)絡(luò)帶寬有限的傳感器設(shè)備使用，但對(duì)于單獨(dú)的物聯(lián)網(wǎng)用例，它可能是唯一適用于端到端應(yīng)用程序的協(xié)議，包括工業(yè)重型機(jī)械等示例或SCADA系統(tǒng)，其中設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通常具有更強(qiáng)大的功能。

輕量級(jí)M2M（LwM2M）

　　LwM2M與物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的其他協(xié)議的不同之處在于，LwM2M經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，可以滿足資源受限設(shè)備的全面處理要求。它由開(kāi)放移動(dòng)聯(lián)盟(現(xiàn)為OMA SpecWorks)于2014年推出，為IoT數(shù)據(jù)通信和設(shè)備管理提供了明確的標(biāo)準(zhǔn)。

為什么要關(guān)心物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議？

　　智能設(shè)備與普通設(shè)備的區(qū)別在于，后者在出現(xiàn)故障時(shí)保持靜音，而前者能夠在遇到任何問(wèn)題時(shí)與其他設(shè)備(不僅是相同類(lèi)型的設(shè)備)進(jìn)行對(duì)話，并且需要，將故障傳達(dá)給用戶或自動(dòng)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(tài)系統(tǒng)中的所有設(shè)備都可以共享并能夠使用的通用“語(yǔ)言”)的情況下，每種此類(lèi)交互實(shí)例才有可能。在物聯(lián)網(wǎng)中，該介質(zhì)由IoT協(xié)議提供：要么是已長(zhǎng)期使用的Internet協(xié)議，要么是專(zhuān)門(mén)為連接的設(shè)備通信而開(kāi)發(fā)的IoT協(xié)議。

　　這是物聯(lián)網(wǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)化物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的原因之一。它們有助于避免進(jìn)一步分散，從而最大程度地降低安全威脅的風(fēng)險(xiǎn)。

　　盡管這似乎是所有人都同意的肯定，但迄今為止，幾乎沒(méi)有人提出建議來(lái)統(tǒng)一所有物聯(lián)網(wǎng)通信的全球標(biāo)準(zhǔn)。然而，在過(guò)去的幾年中，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了旨在應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)并提供多功能性而又不犧牲安全性，部署速度和簡(jiǎn)便性的協(xié)議。OMA輕量級(jí)M2M是一種可滿足各種設(shè)備管理用例在提供通用標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)提供適用解決方案的具體需求的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，本文稍后將對(duì)此進(jìn)行討論。

　　另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的碎片化是物聯(lián)網(wǎng)本身的本質(zhì)的結(jié)果：物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部以技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的多樣性代表的異質(zhì)性與物聯(lián)網(wǎng)旨在連接的世界上物聯(lián)網(wǎng)的多樣性相匹配。同樣，物聯(lián)網(wǎng)通信有很多方面，每種方面都有適合自己目的的協(xié)議類(lèi)型。IoT協(xié)議可以根據(jù)它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中扮演的角色進(jìn)行劃分。除其他外，在連接基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(例如6LowPAN)，通信(Wi-Fi，藍(lán)牙)，數(shù)據(jù)傳輸(MQTT，CoAP，XMPP)，安全性(DTLS)，設(shè)備管理以及遙測(cè)(LwM2M)中使用協(xié)議。

結(jié)語(yǔ)

　　在過(guò)去的二十年中，物聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)持續(xù)快速發(fā)展。它已遍及制造業(yè)，醫(yī)療保健，汽車(chē)，安全，運(yùn)輸?shù)缺姸嘈袠I(yè)分支，極大地增強(qiáng)了企業(yè)的能力并為其帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　如今，物聯(lián)網(wǎng)支持?jǐn)?shù)十種不同的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。有鑒于此，許多物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始呼吁全球協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。但是，由于內(nèi)在的分散性，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)可能永遠(yuǎn)不會(huì)真正需要包羅萬(wàn)象的標(biāo)準(zhǔn)。正如物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中出現(xiàn)越來(lái)越多的應(yīng)用程序和用例一樣，適合其用途的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的部署也將一路走來(lái)。再次強(qiáng)調(diào)，安全有效的設(shè)備管理是全球物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的基石。這就是描述和理解各種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議真正重要的原因之一。因此，真正需要的是了解自己的業(yè)務(wù)需求和要求