本文來自物聯(lián)網(wǎng)智庫，作者/趙小飛。
近日，專注于物聯(lián)網(wǎng)的市場研究機構IoT Analytics發(fā)布了其最新的《物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議應用報告2022》，跟蹤物聯(lián)網(wǎng)各層協(xié)議發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢。
當前，全球已有超過120億的物聯(lián)網(wǎng)連接，各類設備通過物聯(lián)網(wǎng)連接，會產(chǎn)生大量以往很難獲取的有效數(shù)據(jù)。當前，數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素已成為全球共識，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的價值化具有廣闊的前景，能為各行業(yè)數(shù)字化發(fā)展提供強力支撐。然而，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的價值化，其起點是數(shù)據(jù)要能夠快速、有效、準確獲取，僅僅將設備連接起來遠遠不足以支持設備通信，還需要多個層面的協(xié)議的協(xié)助，形成物聯(lián)網(wǎng)通信的“語言”，才能實現(xiàn)暢通通信。
多層級成熟的協(xié)議，助力物聯(lián)網(wǎng)應用落地
實現(xiàn)萬物互聯(lián)，相應的互聯(lián)互通協(xié)議必不可少。協(xié)議是一組能夠在網(wǎng)絡環(huán)境中實現(xiàn)不同機器或設備的有效通信、數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，類似于人們之間用來交流的語言，需要通過一些方式，使交流語言統(tǒng)一，從而實現(xiàn)有效交流。
在互聯(lián)互通方面，物聯(lián)網(wǎng)的架構也參考了計算機網(wǎng)絡經(jīng)典的五層架構，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層，每一層都需要有專門的協(xié)議，才能實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用落地。常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議包括：
物理層：根據(jù)計算機網(wǎng)絡對于物理層的定義，一臺計算機要想訪問其他計算機，首先要做是把這臺計算機和其他計算機連起來，通過光纜、雙絞線、無線電波等方式實現(xiàn)計算機之間的相互連接，這些硬件就構成了網(wǎng)絡的物理層。對于物聯(lián)網(wǎng)來說，USB、串口通信協(xié)議等構成了物理層的主要協(xié)議。USB（通用串行總線），是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設備的連接和通訊；串口通信協(xié)議一般包括RS-232、RS-422和RS-485等，規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，包含起始位、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)的有關規(guī)范。
數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是我們比較熟悉的各類通信協(xié)議，既包括2G/3G/4G/5G/NB-IoT、LoRaWAN、Sigfox等遠距離通信協(xié)議，也包括WiFi、藍牙、Zigbee、NFC等近距離通信協(xié)議。由于這些協(xié)議具有一定的技術門檻，且形成相應的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和技術陣營，這一層的協(xié)議目前已成為物聯(lián)網(wǎng)領域最為熱門的領域，也驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的快速增長。
網(wǎng)絡層和傳輸層：包括IPv4、IPv6這些互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，以及在此基礎上的創(chuàng)新，例如6LowPan，即IPv6 overLR-WPAN（基于IPv6的低速無線個域網(wǎng)標準），在IEEE802 15.4規(guī)定了物理層和媒體訪問控制層標準基礎上，引入IPv6滿足不同設備制造商的設備間的互聯(lián)和互操作性，制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡層標準。
應用層：應用層主要包括MQTT協(xié)議、CoAP協(xié)議等，其中MQTT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)絡延遲高、網(wǎng)絡通信不穩(wěn)定）的消息分發(fā)；CoAP是一種在物聯(lián)網(wǎng)世界的類Web協(xié)議，適用于需要通過標準互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡進行遠程控制或監(jiān)控的小型低功率傳感器、開關、閥門和類似的組件。
物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議呈現(xiàn)出5個特點
針對物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，IoT Analytics調(diào)研了全球200名企業(yè)高管，得出當前物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議呈現(xiàn)出的5個特點。
（1）任何一個協(xié)議能夠適配所有場景
不存在一個“放之四海而皆準”的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，業(yè)界對此已有共識，同時這一特點也給物聯(lián)網(wǎng)應用造成一定的影響。IoT Analytics調(diào)研的樣本中，73%的受訪者指出，管理各種數(shù)據(jù)格式和協(xié)議延緩了他們擴展項目速度。盡管如此，企業(yè)仍然要面對多樣的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，因為物聯(lián)網(wǎng)市場的碎片化，反映到物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議也不例外，雖然在特定行業(yè)中，一些協(xié)議占據(jù)主導地位，但仍然不能適配所有場景。
因此，在物聯(lián)網(wǎng)項目應用過程中，供應商和客戶應該考慮多重因素，選擇合適的協(xié)議組合。例如，應用層的MQTT和數(shù)據(jù)鏈路層的NB-IoT是兼容的，可以在穩(wěn)定的網(wǎng)絡中無缺陷地協(xié)同工作。然而，在一個惡劣的接收環(huán)境下，需要充分考慮物聯(lián)網(wǎng)設備是否電池供電、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有多大、網(wǎng)絡環(huán)境是否穩(wěn)定、消息優(yōu)先級，這些是初期需要考慮的問題。
更復雜的是，特定設備可能只支持專有協(xié)議，這些協(xié)議是由單個組織或個人創(chuàng)建和擁有，通常使它們與其他標準硬件不兼容。這種情況下，就需要一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器。因此，當被問及連接設置問題時，大多數(shù)受訪者提到互操作性是一個棘手的問題。
（2）越來越多技術人員采用專為物聯(lián)網(wǎng)設計的協(xié)議
IoT Analytics研究表明，使用專為物聯(lián)網(wǎng)定制的協(xié)議的連接份額預計將在未來兩年內(nèi)實現(xiàn)超過11%的增速，其中MQTT和CoAP兩種協(xié)議將實現(xiàn)引領。這兩種協(xié)議在各方面都符合物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的要求，它們具有輕量級（尤其是低功耗對于電池供電的設備至關重要）、開銷低（消息大小更?。┑奶攸c，非常適合傳感器網(wǎng)絡的應用。對于設備到中間件之間的連接場景，MQTT在未來兩年的連接份額預計會增加29%以上；在中間件和應用程序之間的連接場景，CoAP是預計增長最快的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，未來兩年內(nèi)預計將增長30%以上。
（3）軟件對于管理物聯(lián)網(wǎng)連接變得越來越重要
軟件作為連接設置的組成部分，隨著物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的興起，其重要性不斷增長。過去10到15年中，由于軟件功能的發(fā)展，連接變得更為簡單，大多數(shù)項目都是在內(nèi)部完成的，包括數(shù)據(jù)分析和可視化。與此同時，出現(xiàn)了管理連接的各類新工具，物聯(lián)網(wǎng)平臺、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和其他中間件等工具是解決連接難題的組成部分。例如，針對物聯(lián)網(wǎng)平臺，大多數(shù)受訪者表示其都在采用微軟Azure IoT或AWS IoT等平臺工具，協(xié)議轉(zhuǎn)換器方面，PTC Kepware和Matrikon是使用最多的工具。
（4）在選擇新協(xié)議時，易用性和可靠性是最重要的因素
找到適合每個項目需求的正確物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議至關重要。例如，MQTT更加集中，更適合低帶寬、遠程位置的連接；相比之下，DDS是分散的，功能更豐富，可以適應高性能網(wǎng)絡。因此，在協(xié)議選擇時，需要比較潛在的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議及其屬性。根據(jù)IoT Analytics的研究，協(xié)議的易用性是最具影響力的因素，排在20多種特征中最首要的位置。另外，可靠性也受到高度重視。
（5）對物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議選擇的決策已經(jīng)成為多方聯(lián)合推進的工作
物聯(lián)網(wǎng)應用的特征會影響決策過程，并有利于特定的協(xié)議，決策者必須對它們進行詳細的評估。IoT Analytics調(diào)研報告顯示，88%的受訪者表示，董事會/管理層擁有最終決策權，這一事實凸顯了物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇決策對公司的重要意義。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇是一項艱巨的任務，涉及許多利益相關方，IoT Analytics調(diào)研的結(jié)果顯示，六個部門參與了這一過程，包括IT/技術部門和財務部門。同時，不同國家/地區(qū)針對物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議選擇的決議有明顯的差異，北美公司對物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇似乎有一個更具協(xié)作性的戰(zhàn)略，相反，94%的歐洲受訪者認為董事會/管理層是新物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的決策者。
物聯(lián)網(wǎng)的項目部署是一個相對長期的過程，前期一些決策會影響物聯(lián)網(wǎng)項目是否能夠最終成功，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議選擇也是前期決策的一個關鍵點，隨著聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量的增加，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議采用的重要性持續(xù)增長。
