物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量和覆蓋范圍正在迅速擴(kuò)大，據(jù)研究報(bào)告，2020年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次超過(guò)非物聯(lián)網(wǎng)在線連接數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的可用性和擴(kuò)展，包括5G和低功耗廣域網(wǎng)，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)自于使組件能夠通信;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)管道移動(dòng)到中央服務(wù)器的原因。
這種通信通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行，可確保連接環(huán)境中的下一步和后續(xù)步驟接收和理解從端點(diǎn)設(shè)備(例如傳感器)發(fā)送的數(shù)據(jù)，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)備還是網(wǎng)關(guān)或應(yīng)用程序。
簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的存在與事物本身一樣重要。
盡管作為一個(gè)集體的協(xié)議對(duì)于使物聯(lián)網(wǎng)工作至關(guān)重要，但協(xié)議并非生來(lái)平等。行業(yè)專家表示，并非所有協(xié)議都能在任何情況下都能正常工作或運(yùn)行良好。有些協(xié)議適用于建筑物中的物聯(lián)網(wǎng)使用，有些適用于建筑物之間的物聯(lián)網(wǎng)部署，而另一些則適用于國(guó)家或全球物聯(lián)網(wǎng)用例。
物聯(lián)網(wǎng)中有多少協(xié)議?
有多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議可用，每一種協(xié)議都提供某些功能或特性組合，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)備到云或數(shù)據(jù)中心的通信——或者這些通信的組合。
地理位置和特殊位置、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物聯(lián)網(wǎng)部署中哪種協(xié)議是最佳的。
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)有哪些不同層次?
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是作為技術(shù)堆棧構(gòu)建的;這些通常在參考模型(一種框架)中可視化，技術(shù)人員使用該模型來(lái)概念化數(shù)據(jù)在整個(gè)堆棧中的通信方式。
最著名的是開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，它列出了七層。從下到上，層數(shù)是：
◆身體的
◆數(shù)據(jù)鏈接
◆網(wǎng)絡(luò)
◆運(yùn)輸
◆會(huì)議
◆介紹
◆應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)也以多層模型表示。雖然有些使用OSI七層模型，但其他使用的包括：
◆三層模型：感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用
◆四層模型：感知、支撐、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
使用的協(xié)議通常因?qū)佣?。因此，物?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，一些協(xié)議跨層橋接。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則在應(yīng)用層工作。
最常見的協(xié)議
在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)于他們的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，技術(shù)人員可以從多種通信協(xié)議中進(jìn)行選擇。最常見的包括以下內(nèi)容。
1.AMQP
AMQP是Advanced Message Queuing Protocol的縮寫，是一種開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用于更多面向消息的中間件。因此，無(wú)論使用何種消息代理或平臺(tái)，它都允許系統(tǒng)之間的消息傳遞互操作性。它提供安全性和互操作性以及可靠性，即使是在遠(yuǎn)距離或在較差的網(wǎng)絡(luò)上也是如此。即使系統(tǒng)不同時(shí)可用，它也支持通信。
2.藍(lán)牙和BLE
藍(lán)牙是一種使用短波超高頻無(wú)線電波的短距離無(wú)線技術(shù)。它最常用于音頻流，但它也已成為無(wú)線和連接設(shè)備的重要推動(dòng)者。因此，這種低功耗、低范圍的連接選項(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，稱為藍(lán)牙LE或BLE，這是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)連接優(yōu)化的新版本。顧名思義，BLE的功耗低于標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙，這使其在許多用例中特別有吸引力，例如消費(fèi)者端的健康和健身追蹤器和智能家居設(shè)備以及商業(yè)端的店內(nèi)導(dǎo)航。
3.蜂窩
蜂窩是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最廣泛可用和最知名的選項(xiàng)之一，它是通信范圍更遠(yuǎn)的部署的最佳選擇之一。盡管2G和3G傳統(tǒng)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在正在逐步淘汰，但電信公司正在迅速擴(kuò)大更新的高速標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍——即4G/LTE和5G。蜂窩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：比其他選項(xiàng)更高的成本和功耗。
4.合作協(xié)議
IETF受限RESTful環(huán)境工作組于2013年推出了CoAP，用于受限應(yīng)用協(xié)議，將其設(shè)計(jì)為與基于HTTP的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一起使用。CoAP依靠用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議來(lái)建立安全通信并實(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，即使存在低帶寬、低可用性和/或低能耗設(shè)備，也能讓受限設(shè)備加入物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。
5.DDS
對(duì)象管理組(OMG)為實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)了數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。OMG將DDS描述為“用于以數(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、極高的可靠性和可擴(kuò)展的架構(gòu)，業(yè)務(wù)和關(guān)鍵任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序需要。”該M2M標(biāo)準(zhǔn)使用發(fā)布-訂閱模式實(shí)現(xiàn)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，即遠(yuǎn)程，是一種非蜂窩無(wú)線技術(shù)，正如其名稱所描述的那樣，提供遠(yuǎn)程通信功能。它為M2M應(yīng)用程序和物聯(lián)網(wǎng)部署提供安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸?。作為一?xiàng)專有技術(shù)，它現(xiàn)在是Semtech射頻平臺(tái)的一部分。Semtech是其創(chuàng)始成員的LoRa聯(lián)盟現(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，這是一種基于云的開放協(xié)議，使設(shè)備能夠與LoRa進(jìn)行通信。
7.LWM2M
OMA SpecWorks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)不錯(cuò)的選擇。(子午物聯(lián)網(wǎng)ziwuiot.com)
8.MQTT
開發(fā)于1999年，最初被稱為消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸，現(xiàn)在只是MQTT。該協(xié)議中不再有任何消息排隊(duì)。MQTT使用發(fā)布-訂閱架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)M2M通信。其簡(jiǎn)單的消息傳遞協(xié)議適用于受限制的設(shè)備，并支持多個(gè)設(shè)備之間的通信。它旨在在低帶寬情況下工作，例如用于不可靠網(wǎng)絡(luò)上的傳感器和移動(dòng)設(shè)備。該功能使其成為連接具有小代碼占用空間的設(shè)備以及由于帶寬限制或不可靠連接而具有不同延遲水平的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的普遍首選選項(xiàng)。MQTT最初是一種專有協(xié)議，現(xiàn)在是連接物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)先開源協(xié)議設(shè)備。
9.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)
鑒于其在家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑中的普遍應(yīng)用，Wi-Fi是一種常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。它提供快速的數(shù)據(jù)傳輸并能夠處理大量數(shù)據(jù)。Wi-Fi特別適用于中短距離的LAN環(huán)境。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)人員提供了部署選擇。然而，許多Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，包括家庭中常用的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于某些物聯(lián)網(wǎng)用例來(lái)說(shuō)太耗電，尤其是低功耗/電池供電的設(shè)備。這限制了Wi-Fi作為某些部署的選項(xiàng)。此外，Wi-Fi的低覆蓋范圍和低可擴(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2000年代初，Jabber開源社區(qū)首次設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展消息傳遞和在線狀態(tài)協(xié)議(XMPP)，用于實(shí)時(shí)人與人之間的通信，XMPP現(xiàn)在用于輕量級(jí)中間件中的M2M通信和路由XML數(shù)據(jù).XMPP支持網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)實(shí)體之間結(jié)構(gòu)化但可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，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XMPP標(biāo)準(zhǔn)基金會(huì)支持的開源協(xié)議。
11.Zigbee
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是一種短距離和低功耗協(xié)議，可用于擴(kuò)展多個(gè)設(shè)備之間的通信。它的范圍比BLE更長(zhǎng)，但數(shù)據(jù)速率比BLE低。它由Zigbee聯(lián)盟監(jiān)督，提供靈活的自組織網(wǎng)格、超低功耗和應(yīng)用程序庫(kù)。
12.Z-Wave
另一個(gè)專有選項(xiàng)Z-Wave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)備通過(guò)加密進(jìn)行通信，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)，以及能源管理技術(shù)等商業(yè)應(yīng)用。它在美國(guó)以908.42 MHz無(wú)線電頻率運(yùn)行;但是，其頻率因國(guó)家/地區(qū)而異。Z-Wave得到Z-Wave聯(lián)盟的支持，Z-Wave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。
選擇正確的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議
沒(méi)有一種通信協(xié)議是最好的，也沒(méi)有一種協(xié)議適合每一種部署。
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)特情況來(lái)確定哪種協(xié)議最適合他們的組織。這些決定應(yīng)權(quán)衡一系列因素，從連接設(shè)備的電源需求和這些設(shè)備的位置，到部署所在的地理規(guī)模和功能，再到部署的安全要求。
