物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議知多少

通信對物聯(lián)網(wǎng)來說十分常用且關(guān)鍵，無論是近距離無線傳輸技術(shù)還是移動通信技術(shù)，都影響著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而在通信中，通信協(xié)議尤其重要，是雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)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(nèi)存，且每一種協(xié)議都有各自的優(yōu)點與缺點。本文主要介紹一些常見的物聯(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：

一類是接入?yún)f(xié)議：一般負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信

一類是通訊協(xié)議：主要是運行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設(shè)備通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換及通信

一、物理層、數(shù)據(jù)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、四代移動通信系統(tǒng)協(xié)議

（2）NB-IoT

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支。NB-IoT構(gòu)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、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)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(gòu)優(yōu)等特點。

應(yīng)用場景：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)帶來的場景應(yīng)用包括智能停車、智能消防、智能水務(wù)、智能路燈、共享單車和智能家電等。

（3）5G

第五代移動通信技術(shù)，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)，是實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。國際電信聯(lián)盟（ITU）定義了5G的三大類應(yīng)用場景，即增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信(uRLLC)和海量機器類通信(mMTC)。

增強移動寬帶（eMBB）主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗；超高可靠低時延通信(uRLLC)主要面向工業(yè)控制、遠程醫(yī)療、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應(yīng)用需求；海量機器類通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求。

為滿足5G多樣化的應(yīng)用場景需求，5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)更加多元化。ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標(biāo)，其中高速率、低時延、大連接成為5G最突出的特征，用戶體驗速率達1Gbps，時延低至1ms，用戶連接能力達100萬連接/平方公里。

應(yīng)用場景：AR/VR、車聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧能源、無線醫(yī)療、無線家庭娛樂、聯(lián)網(wǎng)無人機、超高清/全景直播、個人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(yīng)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終端的依賴。

商用WiFi在城市公共交通、商場等公共場所的覆蓋，將商用WiFi的場景應(yīng)用潛力表露無疑。

（2）ZigBee

ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線通信協(xié)議，是一種高可靠的無線數(shù)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(jié)點、支持多種網(wǎng)上拓?fù)?、低?fù)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(xiàn)，主要是依靠無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，它能夠近距離的進行無線連接，屬于無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。

ZigBee技術(shù)的先天性優(yōu)勢，使得它在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)逐漸成為一個主流技術(shù)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、智能 家居等領(lǐng)域得到大規(guī)模的應(yīng)用。

（3）LoRa

LoRa(LongRange，遠距離)是一種調(diào)制技術(shù)，與同類技術(shù)相比，提供更遠的通信距離。LoRa 網(wǎng)關(guān)、煙感、水監(jiān)測、紅外探測、定位、排插等廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。作為一種窄帶無線技術(shù)，LoRa 是使用到達時間差來實現(xiàn)地理定位的。LoRa 定位的應(yīng)用場景：智慧城市和交通監(jiān)控、計量和物流、農(nóng)業(yè)定位監(jiān)控。

3、近距離通信

（1）RFID

射頻識別（RFID）是 Radio Frequency Identification 的縮寫。其原理為閱讀器與標(biāo)簽之間進行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，達到識別目標(biāo)的目的。RFID 的應(yīng)用非常廣泛，典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理。完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。

（2）NFC

NFC的中文全稱為近場通信技術(shù)。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線互連技術(shù)研發(fā)而成，它為我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡占暗母鞣N電子產(chǎn)品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱中的“近場”是指臨近電磁場的無線電波。

應(yīng)用場景：應(yīng)用在門禁、考勤、訪客、會議簽到、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)是一種無線數(shù)據(jù)和語音通信開放的全球規(guī)范，它是基于低成本的近距離無線連接，為固定和移動設(shè)備建立通信環(huán)境的一種特殊的近距離無線技術(shù)連接。

藍牙能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。

4、有線通信

（1）USB

USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)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(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，內(nèi)容包含了起始位、主體數(shù)據(jù)、校驗位及停止位，雙方需要約定一致的數(shù)據(jù)包格式才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)的有關(guān)規(guī)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(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)線按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。大多?shù)計算機(不包括筆記本)都包含兩個RS-232串口。串口通信也是儀表儀器設(shè)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(biāo)準(zhǔn)制定了以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了包括物理層的連線、電子信號和介質(zhì)訪問層協(xié)議的內(nèi)容。

（4）MBus

MBus 遠程抄表系統(tǒng)（symphonic mbus），是歐洲標(biāo)準(zhǔn)的2線的二總線，主要用于消耗測量儀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)議開發(fā)過程中的第四個修訂版本，也是此協(xié)議第一個被廣泛部署的版本。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最大的問題在于網(wǎng)絡(luò)地址資源有限，嚴(yán)重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展。IPv6的使用，不僅能解決網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量的問題，而且也解決了多種接入設(shè)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(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。TCP旨在適應(yīng)支持多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分層協(xié)議層次結(jié)構(gòu)。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程之間依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)。TCP假設(shè)它可以從較低級別的協(xié)議獲得簡單的，可能不可靠的數(shù)據(jù)報服務(wù)。

4、6LoWPAN

6LoWPAN是一種基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IPv6 over IEEE 802.15.4。

三、應(yīng)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(wěn)定）的消息分發(fā)，屬于物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Thing）的一個標(biāo)準(zhǔn)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，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)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Web協(xié)議，適用于需要通過標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制或監(jiān)控的小型低功率傳感器，開關(guān)，閥門和類似的組件，服務(wù)器對不支持的類型可以不響應(yīng)

3、REST/HTTP協(xié)議

RESTful是一種基于資源的軟件架構(gòu)風(fēng)格。所謂資源，就是網(wǎng)絡(luò)上的一個實體，或者說是網(wǎng)絡(luò)上的一個具體信息。一張圖片、一首歌曲都是一個資源。RESTful API是基于HTTP協(xié)議的一種實現(xiàn)。（HTTP是一個應(yīng)用層的協(xié)議，特點是簡捷 快速）。

滿足Rest規(guī)范的應(yīng)用程序或設(shè)計就是RESTful，根據(jù)Rest規(guī)范設(shè)計的API，就叫做RESTful API

4、DDS協(xié)議

DDS（Data Distribution Service）分布式實時數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)中間件協(xié)議，它是分布式實時網(wǎng)絡(luò)里的“TCP/IP”，用來解決實時網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互聯(lián)，其作用相當(dāng)于“總線上的總線”。

5、AMQP協(xié)議

AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，一個提供統(tǒng)一消息服務(wù)的應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)高級消息隊列協(xié)議，是應(yīng)用層協(xié)議的一個開放標(biāo)準(zhǔn)，為面向消息的中間件設(shè)計?；诖藚f(xié)議的客戶端與消息中間件可傳遞消息，并不受客戶端/中間件不同產(chǎn)品，不同的開發(fā)語言等條件的限制。Erlang中的實現(xiàn)有RabbitMQ等。

6、XMPP協(xié)議

XMPP是一種基于標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的子集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(yīng)用具有超強的可擴展性。經(jīng)過擴展以后的XMPP可以通過發(fā)送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內(nèi)容發(fā)布系統(tǒng)和基于地址的服務(wù)等應(yīng)用程序。