通信對物聯(lián)網(wǎng)來說十分關鍵，無論是近距離無線傳輸技術還是移動通信技術，甚至是LPWAN都影響著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。通信協(xié)議是指雙方實體完成通信或服務所必須遵循的規(guī)則和約定。那么物聯(lián)網(wǎng)都有哪些通信協(xié)議？眾多的協(xié)議該如何選擇？

我們將物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議分為兩大類，一類是接入?yún)f(xié)議，一類是通訊協(xié)議。接入?yún)f(xié)議一般負責子網(wǎng)內設備間的組網(wǎng)及通信（文章《常見物聯(lián)網(wǎng)近距離無線通信技術解析》有詳細介紹）；通訊協(xié)議主要是運行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設備通訊協(xié)議，負責設備通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換及通信。

本文羅列下市面上物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，總結下它們各自特點、特定的物聯(lián)網(wǎng)應用場景等。

物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的問題空間

上圖為物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的問題空間，其中物聯(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，而每一種通信應用協(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備開發(fā)的協(xié)議，而DDS和MQTT的兼容性則強很多。

互聯(lián)網(wǎng)時代，TCP/IP協(xié)議已經一統(tǒng)江湖，現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)的通信架構也是構建在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)基礎架構之上。在當前的互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議中，HTTP協(xié)議由于開發(fā)成本低，開放程度高，幾乎占據(jù)大半江山，所以很多廠商在構建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時也基于http協(xié)議進行開發(fā)。包括google主導的physic web項目，都是期望在傳統(tǒng)web技術基礎上構建物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準。

HTTP協(xié)議是典型的CS通訊模式，由客戶端主動發(fā)起連接，向服務器請求XML或JSON數(shù)據(jù)。該協(xié)議最早是為了適用web瀏覽器的上網(wǎng)瀏覽場景和設計的，目前在PC、手機、pad等終端上都應用廣泛，但并不適用于物聯(lián)網(wǎng)場景。在物聯(lián)網(wǎng)場景中其有三大弊端：

1. 由于必須由設備主動向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，難以主動向設備推送數(shù)據(jù)。對于單單的數(shù)據(jù)采集等場景還勉強適用，但是對于頻繁的操控場景，只能推過設備定期主動拉取的的方式，實現(xiàn)成本和實時性都大打折扣。

2. 安全性不高。web的不安全都是婦孺皆知，HTTP是明文協(xié)議，在很多要求高安全性的物聯(lián)網(wǎng)場景，如果不做很多安全準備工作（如采用https等），后果不堪設想。

3. 不同于用戶交互終端如pc、手機，物聯(lián)網(wǎng)場景中的設備多樣化，對于運算和存儲資源都十分受限的設備，http協(xié)議實現(xiàn)、XML/JSON數(shù)據(jù)格式的解析，都是不可能的任務。

REST/HTTP（松耦合服務調用）

REST （Representational State Transfer），表征狀態(tài)轉換，是基于HTTP協(xié)議開發(fā)的一種通信風格，目前還不是標準；

適用范圍：REST/HTTP主要為了簡化互聯(lián)網(wǎng)中的系統(tǒng)架構，快速實現(xiàn)客戶端和服務器之間交互的松耦合，降低了客戶端和服務器之間的交互延遲。因此適合在物聯(lián)網(wǎng)的應用層面，通過REST開放物聯(lián)網(wǎng)中資源，實現(xiàn)服務被其他應用所調用。

特點：

· REST 指的是一組架構約束條件和原則。滿足這些約束條件和原則的應用程序或設計就是RESTful

· 客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態(tài)的

· 在服務器端，應用程序狀態(tài)和功能可以分為各種資源，它向客戶端公開。資源的例子有：應用程序對象、數(shù)據(jù)庫記錄、算法等等。每個資源都使用 URI （Universal Resource Identifier） 得到一個惟一的地址。所有資源都共享統(tǒng)一的界面，以便在客戶端和服務器之間傳輸狀態(tài)

· 使用的是標準的 HTTP 方法，比如 GET、PUT、POST 和 DELETE

點評： REST/HTTP其實是互聯(lián)網(wǎng)中服務調用API封裝風格，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集到物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中，在物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中，可以通過開放REST API的方式，把數(shù)據(jù)服務開放出去，被互聯(lián)網(wǎng)中其他應用所調用。

CoAP協(xié)議

· CoAP （Constrained Application Protocol），受限應用協(xié)議，應用于無線傳感網(wǎng)中協(xié)議。

適用范圍：CoAP是簡化了HTTP協(xié)議的RESTful API，CoAP是6LowPAN協(xié)議棧中的應用層協(xié)議，它適用于在資源受限的通信的IP網(wǎng)絡。

特點：

報頭壓縮：CoAP包含一個緊湊的二進制報頭和擴展報頭。它只有短短的4B的基本報頭，基本報頭后面跟擴展選項。一個典型的請求報頭為10～20B。

方法和URIs：為了實現(xiàn)客戶端訪問服務器上的資源，CoAP支持GET、PUT、POST和DELETE等方法。CoAP還支持URIs，這是Web架構的主要特點。

傳輸層使用UDP協(xié)議：CoAP協(xié)議是建立在UDP協(xié)議之上，以減少開銷和支持組播功能。它也支持一個簡單的停止和等待的可靠性傳輸機制。

支持異步通信：HTTP對M2M（Machine-to-Machine）通信不適用，這是由于事務總是由客戶端發(fā)起。而CoAP協(xié)議支持異步通信，這對M2M通信應用來說是常見的休眠／喚醒機制。

支持資源發(fā)現(xiàn)：為了自主的發(fā)現(xiàn)和使用資源，它支持內置的資源發(fā)現(xiàn)格式，用于發(fā)現(xiàn)設備上的資源列表，或者用于設備向服務目錄公告自己的資源。它支持RFC5785中的格式，在CoRE中用／．well—known／core的路徑表示資源描述。

支持緩存：CoAP協(xié)議支持資源描述的緩存以優(yōu)化其性能。

協(xié)議主要實現(xiàn)：

· libcoap（C語言實現(xiàn)）

· Californium（java語言實現(xiàn)）

點評：CoAP和6LowPan，這分別是應用層協(xié)議和網(wǎng)絡適配層協(xié)議，其目標是解決設備直接連接到IP網(wǎng)絡，也就是IP技術應用到設備之間、互聯(lián)網(wǎng)與設備之間的通信需求。因為IPV6技術帶來巨大尋址空間，不光解決了未來巨量設備和資源的標識問題，互聯(lián)網(wǎng)上應用可以直接訪問支持IPV6的設備，而不需要額外的網(wǎng)關。

MQTT協(xié)議（低帶寬）

MQTT （Message Queuing Telemetry Transport ），消息隊列遙測傳輸，由IBM開發(fā)的即時通訊協(xié)議，相比來說比較適合物聯(lián)網(wǎng)場景的通訊協(xié)議。MQTT協(xié)議采用發(fā)布/訂閱模式，所有的物聯(lián)網(wǎng)終端都通過TCP連接到云端，云端通過主題的方式管理各個設備關注的通訊內容，負責將設備與設備之間消息的轉發(fā)。

MQTT在協(xié)議設計時就考慮到不同設備的計算性能的差異，所以所有的協(xié)議都是采用二進制格式編解碼，并且編解碼格式都非常易于開發(fā)和實現(xiàn)。最小的數(shù)據(jù)包只有2個字節(jié)，對于低功耗低速網(wǎng)絡也有很好的適應性。有非常完善的QOS機制，根據(jù)業(yè)務場景可以選擇最多一次、至少一次、剛好一次三種消息送達模式。運行在TCP協(xié)議之上，同時支持TLS（TCP+SSL）協(xié)議，并且由于所有數(shù)據(jù)通信都經過云端，安全性得到了較好地保障。

適用范圍：在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡下提供基于云平臺的遠程設備的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。

特點：

· 使用基于代理的發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布

· 使用 TCP/IP 提供網(wǎng)絡連接

· 小型傳輸，開銷很?。ü潭ㄩL度的頭部是 2 字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡流量

· 支持QoS，有三種消息發(fā)布服務質量：“至多一次”， “至少一次”， “只有一次”

協(xié)議主要實現(xiàn)和應用：

· 已經有PHP，JAVA，Python，C，C#等多個語言版本的協(xié)議框架

· IBM Bluemix 的一個重要部分是其 IoT Foundation 服務，這是一項基于云的 MQTT 實例

· 移動應用程序也早就開始使用MQTT，如 Facebook Messenger 和com等

點評：MQTT協(xié)議一般適用于設備數(shù)據(jù)采集到端（Device-》Server，Device-》Gateway），集中星型網(wǎng)絡架構（hub-and-spoke），不適用設備與設備之間通信，設備控制能力弱，另外實時性較差，一般都在秒級。