通信模塊是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用終端的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)終端種類繁多，體積、處理能力、對外接口等各不相同，通信模塊將成為物聯(lián)網(wǎng)智能服務(wù)通道的統(tǒng)一承載體，嵌入各種行業(yè)終端，為各行各業(yè)提供物聯(lián)網(wǎng)的智能通道服務(wù)。而在通信中，通信協(xié)議尤其重要，是指雙方實體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定，而且根據(jù)終端環(huán)境的不同對通信協(xié)議的要求完全不一致。

　　與互聯(lián)網(wǎng)時代TCP/IP，HTTP一統(tǒng)天下的局面不同，物聯(lián)網(wǎng)的通信環(huán)境有Ethernet， Wi-Fi， RFID， NFC(近距離無線通信)， Zigbee， 6LoWPAN(IPV6低速無線版本)，Bluetooth， GSM， GPRS， GPS， 3G， 4G等網(wǎng)絡(luò)，而每一種通信應(yīng)用協(xié)議都有一定適用范圍。AMQP、JMS、REST/HTTP都是工作在以太網(wǎng)，COAP協(xié)議是專門為資源受限設(shè)備開發(fā)的協(xié)議，而DDS和MQTT的兼容性則強(qiáng)很多。

　　物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IoT)是指將各種傳感器、設(shè)備等通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物與物之間的互聯(lián)互通。在實現(xiàn)這個過程中，各種不同的通信協(xié)議被廣泛應(yīng)用。本文將為大家介紹物聯(lián)網(wǎng)中常見的通信協(xié)議。

　　一、MQTT

　　MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)通信中常見的一種協(xié)議。它是一種輕量級的消息傳遞協(xié)議，被廣泛用于設(shè)備和服務(wù)器之間的通信。

　　MQTT協(xié)議的工作原理類似于一個發(fā)布-訂閱模型，它允許不同的設(shè)備或客戶端通過一個稱為“代理”(Broker)的中間件來交換消息。設(shè)備或客戶端可以選擇訂閱(Subscribe)特定的主題(Topic)，并從中接收來自代理的消息。同時，設(shè)備或客戶端還可以發(fā)布(Publish)消息到一個或多個特定的主題(Topic)，代理將轉(zhuǎn)發(fā)這些消息給所有訂閱該主題的設(shè)備或客戶端。

　　與其他通信協(xié)議相比，MQTT協(xié)議具有以下優(yōu)點：

　　1、它是一種輕量級的協(xié)議，占用的帶寬和資源很少;

　　2、它具有很高的可靠性，能夠保證消息的傳遞和接收;

　　3、它支持異步通信和離線消息，即使設(shè)備不在線也能夠接收和發(fā)送消息。

　　因此，MQTT協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最常用的一種協(xié)議，它能夠幫助設(shè)備之間進(jìn)行高效地通信，并為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一個可靠、安全的消息傳遞機(jī)制。

　　二、CoAP

　　當(dāng)我們談到物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議時，CoAP(Constrained Application Protocol)是一個非常重要的協(xié)議。CoAP是一種面向資源的協(xié)議，它被設(shè)計用于受限設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，以實現(xiàn)低功耗、低帶寬和低延遲的通信。

　　為了更好地理解CoAP的工作原理，可以將其比作快遞員。CoAP可以將我們要傳遞的數(shù)據(jù)(包裹)打包成一個個消息，然后通過互聯(lián)網(wǎng)(街道)將這些消息發(fā)送給目的地(收件人)。

　　CoAP協(xié)議不僅支持傳輸數(shù)據(jù)，還支持查詢資源狀態(tài)、觸發(fā)事件等操作，這使得它非常適合在物聯(lián)網(wǎng)中使用。而且，它具有較低的開銷，因為它只需要使用少量的網(wǎng)絡(luò)資源來傳輸數(shù)據(jù)。

　　總之，CoAP是一種可靠、高效的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，它可以幫助設(shè)備在低功耗、低帶寬和低延遲的環(huán)境中進(jìn)行通信，并且可以通過查詢資源狀態(tài)、觸發(fā)事件等方式與其他設(shè)備進(jìn)行交互。

　　三、HTTP

　　當(dāng)我們談到物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議時，HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是一個人人都熟知的協(xié)議，它被用于在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸超文本文檔。但是在物聯(lián)網(wǎng)中，HTTP也扮演著重要的角色。

　　HTTP協(xié)議不僅支持傳輸數(shù)據(jù)，還支持請求、響應(yīng)和狀態(tài)碼等操作。這使得它非常適合在物聯(lián)網(wǎng)中使用。同時，它也非常靈活，支持各種不同的數(shù)據(jù)格式和通信方式，例如RESTful API和WebSocket。

　　然而，在物聯(lián)網(wǎng)中使用HTTP也有一些挑戰(zhàn)。例如，HTTP通信需要使用TCP連接，這可能會導(dǎo)致功耗過高和延遲過大。此外，HTTP的請求頭和響應(yīng)頭也會帶來額外的開銷。

　　總之，HTTP是一種可靠、靈活的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議，它可以幫助設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行通信，并且支持各種不同的數(shù)據(jù)格式和通信方式。但是，在使用HTTP時需要注意功耗和延遲等問題，以確保設(shè)備能夠在低功耗、低帶寬和低延遲的環(huán)境中正常工作。

　　四、LoRaWAN

　　LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)是一種專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計的無線通信協(xié)議。它具有以下特點：

　　1、長距離：LoRaWAN可以在數(shù)公里甚至數(shù)十公里的范圍內(nèi)進(jìn)行通信。

　　2、低功耗：它使用低功耗技術(shù)，可以使得設(shè)備在數(shù)年的時間內(nèi)持續(xù)工作。

　　3、雙向通信：LoRaWAN支持雙向通信，可以從設(shè)備接收數(shù)據(jù)并向設(shè)備發(fā)送指令。

　　前段時間的“華為鴻蒙”事件應(yīng)該都有所耳聞了吧，這件事帶動了很多業(yè)內(nèi)大廠開始招聘鴻蒙操作系統(tǒng)的相關(guān)崗位人才。其實對于鴻蒙操作系統(tǒng)來說，物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式等技術(shù)都是十分重要的，那你知道物聯(lián)網(wǎng)中常用的協(xié)議及應(yīng)用場景有哪些嗎?

　　協(xié)議分層主要分為哪幾類呢?

　　物理層協(xié)議：NB-IoT，LORA，WIFI，藍(lán)牙，zigbee，4G，這幾個都需要芯片模組支持(硬件支持)

　　應(yīng)用層協(xié)議：MQTT，COAP，HTTP，這些需要開發(fā)服務(wù)器，或者對接云平臺廠商(軟件支持)

　　物理層各個協(xié)議主要特點是什么?

　　1)NB-IoT與4G

　　低功耗：NB-IoT是一種低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)(LPWA)技術(shù)，專門設(shè)計用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它采用了優(yōu)化的傳輸機(jī)制和低功耗模式，可以實現(xiàn)長達(dá)數(shù)年的電池壽命。而4G則相對較高功耗，通常用于需要更高數(shù)據(jù)速率和連接質(zhì)量的應(yīng)用。

　　速度和容量：NB-IoT的傳輸速度相對較低，適用于傳輸較小的數(shù)據(jù)量，如傳感器數(shù)據(jù)、簡單命令等。而4G提供更高的傳輸速率和容量，可以處理大量數(shù)據(jù)，適用于需要傳輸大文件或進(jìn)行實時視頻傳輸?shù)葢?yīng)用。

　　覆蓋范圍：NB-IoT在覆蓋范圍上具有優(yōu)勢，可以實現(xiàn)較廣的物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域覆蓋，包括室內(nèi)和室外。4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋更廣，但在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)或深度室內(nèi)可能會存在信號弱的情況。

　　設(shè)備成本和部署復(fù)雜性：由于NB-IoT是為低成本部署設(shè)計的，因此相對較便宜。它的設(shè)備模組價格較低，并且部署相對簡單。4G設(shè)備成本較高，且部署相對復(fù)雜。

　　2)WIFI和zigbee

　　覆蓋范圍：WIFI通常適用于局域網(wǎng)(LAN)環(huán)境，其中包括家庭、辦公室和公共場所等。其覆蓋范圍相對較廣，可以覆蓋較大的空間。而Zigbee是一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率的無線協(xié)議，主要適用于個人領(lǐng)域或小范圍應(yīng)用，如智能家居和傳感器網(wǎng)絡(luò)。它的覆蓋范圍相對較小，適合于距離較近的設(shè)備之間進(jìn)行通信。

　　低功耗：Zigbee在功耗和電池壽命方面表現(xiàn)出色，特別適用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它采用了低功耗模式和睡眠模式，可以實現(xiàn)長時間的電池壽命。相比之下，WIFI通常需要更高的功耗，對電池壽命的要求較高。

　　通信速率：WIFI通常具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，適用于傳輸大量的數(shù)據(jù)，如影音娛樂、高清視頻和文件下載等。而Zigbee的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，適用于傳輸小型數(shù)據(jù)包，如傳感器數(shù)據(jù)和簡單命令。它更關(guān)注低功耗和通信的穩(wěn)定性。

　　互聯(lián)與擴(kuò)展：WIFI設(shè)備通?？梢酝ㄟ^路由器進(jìn)行互聯(lián)，支持與其他WIFI設(shè)備的直接通信和互操作性。而Zigbee采用了網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得設(shè)備之間可以形成自組織的網(wǎng)絡(luò)，可以支持大規(guī)模設(shè)備的互聯(lián)和擴(kuò)展性。

　　3)LoRa WAN協(xié)議

　　LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟提出并推動的一種低功率廣域網(wǎng)協(xié)議，LoRa(Long Range)是一種無線通信技術(shù)，它具有使用距離遠(yuǎn)、功耗低的特點。在上面的場景下，用戶就可以使用LoRaWAN技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，在工程設(shè)備上安裝支持LoRa的模塊。

　　通過LoRa的中繼設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)往位于隧道外部的、有互聯(lián)網(wǎng)接入的LoRa網(wǎng)關(guān)，LoRa網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)封裝成可以在IP網(wǎng)絡(luò)中通過TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)協(xié)議包(比如MQTT協(xié)議)，然后發(fā)往云端的數(shù)據(jù)中心。

　　網(wǎng)絡(luò)層傳輸協(xié)議

　　TCP與UDP

　　TCP是一種面向連接、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，UDP更適合對功率小、可靠性要求不高的場合。

　　應(yīng)用層協(xié)議：MQTT和COAP對比

　　1)MQTT

　　MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸)是一種基于TCP協(xié)議的應(yīng)用層傳輸協(xié)議，采用發(fā)布/訂閱模式。它的特點是輕量級、簡單、開放且易于實現(xiàn)，使得它適用于廣泛的應(yīng)用場景。

　　MQTT在許多受限環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用，包括機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居以及一些小型化設(shè)備。它的輕量級設(shè)計使得在具有帶寬限制或資源受限的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備中都能高效運(yùn)行。

　　2)CoAP

　　CoAP(Constrained Application Protocol，受限應(yīng)用協(xié)議)是一種建立在REST模型之上，專為輕量級M2M通信設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。由于物聯(lián)網(wǎng)中的很多設(shè)備只擁有少量的內(nèi)存空間和有限的計算能力，因此傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議在此場景下不適用，而CoAP應(yīng)運(yùn)而生。

　　從用戶可見性的角度，CoAP模擬了HTTP協(xié)議，因此讀取傳感器數(shù)據(jù)就像做一個HTTP請求一樣。

　　CoAP被認(rèn)為是一種不會過時的技術(shù)協(xié)議。據(jù)Gartner預(yù)測，未來將有500億臺設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，這將需要低成本、低能耗的設(shè)備，而CoAP的設(shè)計考慮到了這些需求。它被設(shè)計用于與10KB RAM類似的系統(tǒng)。

　　CoAP最有趣的特性之一是可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點。這對于低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自治和自我修復(fù)非常有用。使用CoAP協(xié)議可以解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性問題，并可以發(fā)現(xiàn)節(jié)點常規(guī)的冗余。

　　CoAP建立在UDP協(xié)議之上，這是與HTTP或MQTT相比最主要的區(qū)別。它可以更加快速和更好地進(jìn)行資源優(yōu)化，但在QoS保持不變的情況下，CoAP相比HTTP和MQTT更加不可靠。然而，對于連續(xù)流系統(tǒng)如環(huán)境監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)，4字節(jié)的頭部信息是一個不錯的選擇。