物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議知多少

通信對物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)十分常用且關(guān)鍵，無(wú)論是近距離無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)還是移動(dòng)通信技術(shù)，都影響著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而在通信中，通信協(xié)議尤其重要，是雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規則和約定。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有很多種，它們具有不同的性能、通信速率、覆蓋范圍、功率和內存，且每一種協(xié)議都有各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。本文主要介紹一些常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，以便大家了解。

物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議分為兩大類(lèi)：

一類(lèi)是接入協(xié)議：一般負責子網(wǎng)內設備間的組網(wǎng)及通信

一類(lèi)是通訊協(xié)議：主要是運行在傳統互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設備通訊協(xié)議，負責設備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數據交換及通信

一、物理層、數據鏈路層協(xié)議

1、遠距離蜂窩通信

（1）2G/3G/4G通信協(xié)議，分別指第二、三、四代移動(dòng)通信系統協(xié)議

（2）NB-IoT

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成為萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網(wǎng)絡(luò )，只消耗大約180kHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò )、UMTS網(wǎng)絡(luò )或LTE網(wǎng)絡(luò )，以降低部署成本、實(shí)現平滑升級。NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術(shù)。具有覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構優(yōu)等特點(diǎn)。

應用場(chǎng)景：NB-IoT網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的場(chǎng)景應用包括智能停車(chē)、智能消防、智能水務(wù)、智能路燈、共享單車(chē)和智能家電等。

（3）5G

第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，是實(shí)現人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )基礎設施。國際電信聯(lián)盟（ITU）定義了5G的三大類(lèi)應用場(chǎng)景，即增強移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)和海量機器類(lèi)通信(mMTC)。

增強移動(dòng)寬帶（eMBB）主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長(cháng)，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供更加極致的應用體驗；超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)主要面向工業(yè)控制、遠程醫療、自動(dòng)駕駛等對時(shí)延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應用需求；海量機器類(lèi)通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監測等以傳感和數據采集為目標的應用需求。

為滿(mǎn)足5G多樣化的應用場(chǎng)景需求，5G的關(guān)鍵性能指標更加多元化。ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標，其中高速率、低時(shí)延、大連接成為5G最突出的特征，用戶(hù)體驗速率達1Gbps，時(shí)延低至1ms，用戶(hù)連接能力達100萬(wàn)連接/平方公里。

應用場(chǎng)景：AR/VR、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧能源、無(wú)線(xiàn)醫療、無(wú)線(xiàn)家庭娛樂(lè )、聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機、超高清/全景直播、個(gè)人AI輔助、智慧城市。

2、遠距離非蜂窩通信

（1）WiFi

由于前幾年家用WiFi路由器以及智能手機的迅速普及，WiFi協(xié)議在智能家居領(lǐng)域也得到了廣泛應用。WiFi協(xié)議最大的優(yōu)勢是可以直接接入互聯(lián)網(wǎng)。相對于ZigBee，采用Wifi協(xié)議的智能家居方案省去了額外的網(wǎng)關(guān)，相對于藍牙協(xié)議，省去了對手機等移動(dòng)終端的依賴(lài)。

商用WiFi在城市公共交通、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所的覆蓋，將商用WiFi的場(chǎng)景應用潛力表露無(wú)疑。

（2）ZigBee

ZigBee是一種低速短距離傳輸的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，是一種高可靠的無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )，主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節點(diǎn)、支持多種網(wǎng)上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee技術(shù)是一種新型技術(shù)，它最近出現，主要是依靠無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，它能夠近距離的進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接，屬于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)。

ZigBee技術(shù)的先天性?xún)?yōu)勢，使得它在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)逐漸成為一個(gè)主流技術(shù)，在工業(yè)、農業(yè)、智能 家居等領(lǐng)域得到大規模的應用。

（3）LoRa

LoRa(LongRange，遠距離)是一種調制技術(shù)，與同類(lèi)技術(shù)相比，提供更遠的通信距離。LoRa 網(wǎng)關(guān)、煙感、水監測、紅外探測、定位、排插等廣泛應用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。作為一種窄帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)，LoRa 是使用到達時(shí)間差來(lái)實(shí)現地理定位的。LoRa 定位的應用場(chǎng)景：智慧城市和交通監控、計量和物流、農業(yè)定位監控。

3、近距離通信

（1）RFID

射頻識別（RFID）是 Radio Frequency Identification 的縮寫(xiě)。其原理為閱讀器與標簽之間進(jìn)行非接觸式的數據通信，達到識別目標的目的。RFID 的應用非常廣泛，典型應用有動(dòng)物晶片、汽車(chē)晶片防盜器、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化、物料管理。完整的RFID系統由讀寫(xiě)器(Reader)、電子標簽(Tag)和數據管理系統三部分組成。

（2）NFC

NFC的中文全稱(chēng)為近場(chǎng)通信技術(shù)。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術(shù)的基礎上，結合無(wú)線(xiàn)互連技術(shù)研發(fā)而成，它為我們日常生活中越來(lái)越普及的各種電子產(chǎn)品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱(chēng)中的“近場(chǎng)”是指臨近電磁場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)電波。

應用場(chǎng)景：應用在門(mén)禁、考勤、訪(fǎng)客、會(huì )議簽到、巡更等領(lǐng)域。NFC具有人機交互、機器間交互等功能。

（3）Bluetooth

藍牙技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)數據和語(yǔ)音通信開(kāi)放的全球規范，它是基于低成本的近距離無(wú)線(xiàn)連接，為固定和移動(dòng)設備建立通信環(huán)境的一種特殊的近距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)連接。

藍牙能在包括移動(dòng)電話(huà)、PDA、無(wú)線(xiàn)耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設等眾多設備之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信息交換。利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線(xiàn)通信拓寬道路。

4、有線(xiàn)通信

（1）USB

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線(xiàn)）的縮寫(xiě)，是一個(gè)外部總線(xiàn)標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。

（2）串口通信協(xié)議

串口通信協(xié)議是指規定了數據包的內容，內容包含了起始位、主體數據、校驗位及停止位，雙方需要約定一致的數據包格式才能正常收發(fā)數據的有關(guān)規范。在串口通信中，常用的協(xié)議包括RS-232、RS-422和RS-485。

串口通信是指外設和計算機間，通過(guò)數據線(xiàn)按位進(jìn)行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線(xiàn)少，在遠距離通信中可以節約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸低。大多數計算機(不包括筆記本)都包含兩個(gè)RS-232串口。串口通信也是儀表儀器設備常用的通信協(xié)議。

（3）以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是一種計算機局域網(wǎng)技術(shù)。IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標準，它規定了包括物理層的連線(xiàn)、電子信號和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層協(xié)議的內容。

（4）MBus

MBus 遠程抄表系統（symphonic mbus），是歐洲標準的2線(xiàn)的二總線(xiàn)，主要用于消耗測量?jì)x器諸如熱表和水表系列。

二、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸協(xié)議

1、IPv4

互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第四版，是網(wǎng)際協(xié)議開(kāi)發(fā)過(guò)程中的第四個(gè)修訂版本，也是此協(xié)議第一個(gè)被廣泛部署的版本。IPv4是互聯(lián)網(wǎng)的核心，也是使用最廣泛的網(wǎng)際協(xié)議版本

2、IPv6

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版，由于IPv4最大的問(wèn)題在于網(wǎng)絡(luò )地址資源有限，嚴重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò )地址資源數量的問(wèn)題，而且也解決了多種接入設備連入互聯(lián)網(wǎng)的障礙

3、TCP

傳輸控制協(xié)議（TCP，Transmission Control Protocol）是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協(xié)議。TCP旨在適應支持多網(wǎng)絡(luò )應用的分層協(xié)議層次結構。連接到不同但互連的計算機通信網(wǎng)絡(luò )的主計算機中的成對進(jìn)程之間依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)。TCP假設它可以從較低級別的協(xié)議獲得簡(jiǎn)單的，可能不可靠的數據報服務(wù)。

4、6LoWPAN

6LoWPAN是一種基于IPv6的低速無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)標準，即IPv6 over IEEE 802.15.4。

三、應用層協(xié)議

1、MQTT協(xié)議

MQTT (Message Queue Telemetry Transport)，翻譯成中文就是，遙測傳輸協(xié)議，其主要提供了訂閱/發(fā)布兩種消息模式，更為簡(jiǎn)約、輕量，易于使用，特別適合于受限環(huán)境（帶寬低、網(wǎng)絡(luò )延遲高、網(wǎng)絡(luò )通信不穩定）的消息分發(fā)，屬于物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Thing）的一個(gè)標準傳輸協(xié)議。

在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。其在，通過(guò)衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。

2、CoAP協(xié)議

CoAP（Constrained Application Protocol）是一種在物聯(lián)網(wǎng)世界的類(lèi)Web協(xié)議，適用于需要通過(guò)標準互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程控制或監控的小型低功率傳感器，開(kāi)關(guān)，閥門(mén)和類(lèi)似的組件，服務(wù)器對不支持的類(lèi)型可以不響應

3、REST/HTTP協(xié)議

RESTful是一種基于資源的軟件架構風(fēng)格。所謂資源，就是網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)實(shí)體，或者說(shuō)是網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)具體信息。一張圖片、一首歌曲都是一個(gè)資源。RESTful API是基于HTTP協(xié)議的一種實(shí)現。（HTTP是一個(gè)應用層的協(xié)議，特點(diǎn)是簡(jiǎn)捷 快速）。

滿(mǎn)足Rest規范的應用程序或設計就是RESTful，根據Rest規范設計的API，就叫做RESTful API

4、DDS協(xié)議

DDS（Data Distribution Service）分布式實(shí)時(shí)數據分發(fā)服務(wù)中間件協(xié)議，它是分布式實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )里的“TCP/IP”，用來(lái)解決實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議互聯(lián)，其作用相當于“總線(xiàn)上的總線(xiàn)”。

5、AMQP協(xié)議

AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，一個(gè)提供統一消息服務(wù)的應用層標準高級消息隊列協(xié)議，是應用層協(xié)議的一個(gè)開(kāi)放標準，為面向消息的中間件設計?；诖藚f(xié)議的客戶(hù)端與消息中間件可傳遞消息，并不受客戶(hù)端/中間件不同產(chǎn)品，不同的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言等條件的限制。Erlang中的實(shí)現有RabbitMQ等。

6、XMPP協(xié)議

XMPP是一種基于標準通用標記語(yǔ)言的子集XML的協(xié)議，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的發(fā)展性。因此，基于XMPP的應用具有超強的可擴展性。經(jīng)過(guò)擴展以后的XMPP可以通過(guò)發(fā)送擴展的信息來(lái)處理用戶(hù)的需求，以及在XMPP的頂端建立如內容發(fā)布系統和基于地址的服務(wù)等應用程序。