物聯(lián)網(wǎng)中常用協(xié)議及應(yīng)用場景
轉(zhuǎn)自公眾號“IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”
物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是指在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中用于設(shè)備間通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。根據(jù)不同的作用，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議可分為傳輸協(xié)議、通信協(xié)議和行業(yè)協(xié)議。
傳輸協(xié)議：一般負責子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信。例如 Wi-Fi、Ethernet、NFC、 Zigbee、Bluetooth、GPRS、3G/4G/5G等。這些協(xié)議能夠確保在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的安全性和可靠性。
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，負責設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換及通信。例如 MQTT、CoAP、HTTP等。
行業(yè)協(xié)議：某個行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一的標準協(xié)議。例如車聯(lián)網(wǎng) JT/T808、視頻GB/T 28181等。
01傳輸協(xié)議
| 協(xié)議 | 協(xié)議描述和應(yīng)用場景 |
| Modbus |
協(xié)議描述：Modbus協(xié)議是一項應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，包括ASCII、RTU、TCP三種報文類型。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。 應(yīng)用場景：在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 |
| OPC-UA |
協(xié)議描述：全稱為OPC Unified Architecture（OPC統(tǒng)一架構(gòu)），是一項開源的、獨立于平臺的標準協(xié)議；通過此協(xié)議，使用不同系統(tǒng)的設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)在客戶端和服務(wù)器之間發(fā)送消息進行通信。OPC-UA更適用于遠程訪問。 應(yīng)用場景：適用于現(xiàn)場設(shè)備，控制系統(tǒng)，制造執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域的制造軟件。 |
| OPC-DA |
協(xié)議描述：OPC-DA適用于單系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問。OPC-DA為實時數(shù)據(jù)訪問規(guī)范,定義了包括數(shù)據(jù)值，更新時間與數(shù)據(jù)品質(zhì)信息的相關(guān)標準。 應(yīng)用場景：適用于多個供應(yīng)商設(shè)備和控制應(yīng)用程序之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 |
| LoRa |
協(xié)議描述：LoRa是基于Semtech公司開發(fā)的一種低功耗局域網(wǎng)無線標準，解決了在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠的技術(shù)問題，實現(xiàn)了低功耗和遠距離的統(tǒng)一。 應(yīng)用場景：主要在智慧城市、智慧建筑、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、無線工業(yè)等各個領(lǐng)域。 |
| ZigBee |
協(xié)議描述：ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)?a href="http://www.www27dydycom.cn/soft/data/43-45/" target="_blank">無線通信協(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(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)。 應(yīng)用場景：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。 |
| Bluetooth |
協(xié)議描述：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。 應(yīng)用場景：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。 |
藍牙、WiFi、ZigBee協(xié)議比較
目前來說，WiFi的優(yōu)勢是應(yīng)用廣泛，已經(jīng)普及到千家萬戶；ZigBee的優(yōu)勢是低功耗和自組網(wǎng)；UWB無載波無線通信技術(shù)的優(yōu)勢是傳輸速率；藍牙的優(yōu)勢組網(wǎng)簡單。然而，這3種技術(shù)，也都有各自的不足，沒有一種技術(shù)能完全滿足智能家居的全部要求。
藍牙技術(shù)的出現(xiàn)使得短距離無線通信成為可能，但其協(xié)議較復雜、功耗高、成本高等特點不太適用于要求低成本、低功耗的工業(yè)控制和家庭網(wǎng)絡(luò)。尤其藍牙最大的障礙在于傳輸范圍受限，一般有效的范圍在10米左右，抗干擾能力不強、信息安全問題等問題也是制約其進一步發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。
WiFi也是是一種短距離無線傳輸技術(shù)，可以隨時接入無線信號，移動性強，比較適合在辦公室及家庭的環(huán)境下應(yīng)用。當然WiFi也存在一個致命缺點。由于WiFi采用的是射頻技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，比較容易受到外界的干擾。
ZigBee則是國際通行的無線通訊技術(shù)，它的每個網(wǎng)絡(luò)端口可以最多接入6.5萬多個端口，適合家居、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域使用，而藍牙和WiFi網(wǎng)端只能接入10個端口，顯然不能適應(yīng)家庭需要。ZigBee還具有低功耗和低成本優(yōu)勢。
02通訊協(xié)議
| 協(xié)議 | 協(xié)議描述和應(yīng)用場景 |
| MQTT |
協(xié)議描述：MQTT是基于TCP/IP協(xié)議的一種輕量級的發(fā)布、訂閱信息傳輸協(xié)議，特點報文緊湊、輕量可靠、支持QoS等。 應(yīng)用場景：為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)推薦協(xié)議之一，廣泛應(yīng)用于智能硬件、車聯(lián)網(wǎng)、能源、電力等場景。 |
| HTTPS |
協(xié)議描述：HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議，基于請求/響應(yīng)模型進行數(shù)據(jù)傳輸。 應(yīng)用場景：適用于對設(shè)備硬件和網(wǎng)絡(luò)帶寬充裕的場景。 |
| CoAP |
協(xié)議描述：CoAP（Constrained Application Protocol）是一種在物聯(lián)網(wǎng)世界的類web協(xié)議，使用了請求/響應(yīng)交互模型。協(xié)議設(shè)計精煉， 采用 UDP 協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，適用在資源受限的低功耗設(shè)備上，尤其是NB-IoT的設(shè)備使用。 應(yīng)用場景：在水表、電表等資源受限的低功耗設(shè)備上應(yīng)用廣泛。 |
| TCP | 協(xié)議描述：廠商內(nèi)部發(fā)展和采用的標準。私有協(xié)議具有靈活性，它往往會在某個公司或者組織內(nèi)部使用，按需定制，升級方便，靈活性好。具體實現(xiàn)需要客戶手動部署。 |
| UDP |
協(xié)議描述：UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一種無連接的協(xié)議，它不提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院土骺刂?，但具有較低的時延和較少的開銷。 應(yīng)用場景：主要應(yīng)用于實時數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備之間的快速通信，包括實時視頻和音頻流傳輸、傳感器數(shù)據(jù)采集和控制信號發(fā)送、廣播和組播等。由于UDP協(xié)議具有低時延、少開銷、無需建立連接等特點，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)中對快速傳輸和實時性要求高的應(yīng)用場景。 |
MQTT、CoAP協(xié)議比較
MQTT是多對多通訊協(xié)議用于在不同客戶端之間通過中間代理傳送消息，解耦生產(chǎn)者與消費者，通過使得客戶端發(fā)布，讓代理決定路由并且拷貝消息。雖然MQTT支持一些持久化，最好還是作為實時數(shù)據(jù)通訊總線。
CoAP主要是一個點對點協(xié)議，用于在客戶端與服務(wù)器之間傳輸狀態(tài)信息。雖然支持觀察資源，CoAP最好適合狀態(tài)傳輸模型，不是完全基于事件。
MQTT客戶端建立長連接TCP，這通常表示沒有問題，CoAP客戶端與服務(wù)器都發(fā)送與接收UDP數(shù)據(jù)包，在NAT環(huán)境中，隧道或者端口轉(zhuǎn)發(fā)可以用于允許CoAP，或者像LWM2M，設(shè)備也許會先初始化前端連接。
MQTT不提供支持消息打類型標記或者其他元數(shù)據(jù)幫助客戶端理解，MQTT消息可用于任何目的，但是所有的客戶端必須知道向上的數(shù)據(jù)格式以允許通訊，CoAP，相反地，提供內(nèi)置支持內(nèi)容協(xié)商與發(fā)現(xiàn)，允許設(shè)備相互探測以找到交換數(shù)據(jù)的方式。
03行業(yè)協(xié)議
| 協(xié)議 | 協(xié)議描述和應(yīng)用場景 |
| GB/T28181 |
協(xié)議描述：國家標準GB/T 28181—2016《公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》,是視頻監(jiān)控領(lǐng)域的國家標準。 應(yīng)用場景：視頻聯(lián)網(wǎng)傳輸和設(shè)備控制。 |
| JT/T808 |
協(xié)議描述：《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式》，主要用于“兩客一?！避囕v。 應(yīng)用場景：交通行業(yè)應(yīng)用。 |
| GB3761 |
協(xié)議描述：是一種國標電表協(xié)議插件，采用新型的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將電能表的實時工況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號，提供給計量系統(tǒng)，并能進行電能的實時記錄、統(tǒng)計、抄表和結(jié)算等。 應(yīng)用場景：電表。 |
| DL/T645 |
協(xié)議描述：DL/T 645是多功能電能表與數(shù)據(jù)終端設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換式的物理連接和協(xié)議的規(guī)范和標準，本設(shè)備依據(jù)協(xié)議采用中國電力企業(yè)聯(lián)合會提出的DL/T 645-2007《多功能電能表》標準規(guī)約，實現(xiàn)設(shè)備與多功能電能表的信息通信。 應(yīng)用場景：電表。 |
| IEC104 |
協(xié)議描述：IEC104規(guī)約由國際電工委員會制定。IEC104規(guī)約把IEC101的應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）用網(wǎng)絡(luò)規(guī)約TCP/IP進行傳輸?shù)臉藴剩摌藴蕿檫h動信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了通信規(guī)約依據(jù)。采用104規(guī)約組合101規(guī)約的ASDU的方式后,可很好的保證規(guī)約的標準化和通信的可靠性。 應(yīng)用場景：電力、城市軌道交通。 |
| HJ212 |
協(xié)議描述：《污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》環(huán)保行業(yè)中使用的數(shù)據(jù)傳輸標準協(xié)議。 應(yīng)用場景：環(huán)保行業(yè)。 |
| SL651 |
協(xié)議描述：《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》，水文監(jiān)測等設(shè)備需要遵循該規(guī)范。 應(yīng)用場景：水文監(jiān)測。 |
審核編輯：湯梓紅
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