聯(lián)網(wǎng)事物的數(shù)量和范圍正在迅速擴(kuò)大，2020年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次超過非物聯(lián)網(wǎng)在線連接數(shù)。

根據(jù)市場研究公司物聯(lián)網(wǎng)分析(IoT Analytics)的數(shù)據(jù)，2020年物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)為117億，而非物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)為100億，比如智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)。那里的研究人員估計(jì)，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)量將增至309億。

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。

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)備通過物聯(lián)網(wǎng)管道傳輸?shù)街醒敕?wù)器的原因。

這種通信是通過物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行的，該協(xié)議確保從端點(diǎn)設(shè)備（比如傳感器）發(fā)送的數(shù)據(jù)被連接環(huán)境中的下一步和后續(xù)步驟接收和理解，無論該數(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。

簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議對于物聯(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)議對于物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行至關(guān)重要，但協(xié)議并非都是平等的。Gartner分析師兼高級(jí)研究主管比爾·雷(Bill Ray)表示，并非所有協(xié)議在任何情況下都有效或運(yùn)作良好。

Ray指出，有些協(xié)議非常適合在建筑物中使用物聯(lián)網(wǎng)，有些非常適合在建筑物之間部署物聯(lián)網(wǎng)，而另一些則適用于國家或全球物聯(lián)網(wǎng)用例。

物聯(lián)網(wǎng)中有多少種協(xié)議？

有多種可用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，每一種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/數(shù)據(jù)中心的通信——或這些通信的組合。

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哪種協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)部署中是最佳的。

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（一種框架類型）中可視化，技術(shù)人員使用該模型來概念化數(shù)據(jù)在整個(gè)堆棧中的通信方式。

最著名的一個(gè)是開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，它列出了七層。從下到上，圖層如下：

1.物理

2.數(shù)據(jù)鏈路

3.網(wǎng)絡(luò)

4.傳輸

5.會(huì)話

6.演示

7.應(yīng)用程序

物聯(lián)網(wǎng)也以多層模型表示。雖然有些人使用OSI七層模型，但其他正在使用的模型包括以下內(nèi)容:

• 三層模型：感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。
• 四層模型：感知、支持、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。

使用的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議通常會(huì)因?qū)佣?。因此，物?lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)可能有多個(gè)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，Info-Tech Research Group基礎(chǔ)設(shè)施首席研究顧問Scott Young表示。

比如，藍(lán)牙和無線支持最低層的通信，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

技術(shù)人員在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)于其物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，可以從多種通信協(xié)議中進(jìn)行選擇。最常見的包括以下幾種。

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，無論使用何種消息代理或平臺(tái)，它都支持系統(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，即使在遠(yuǎn)距離或在較差的網(wǎng)絡(luò)上也是如此。它支持通信，即使系統(tǒng)不能同時(shí)可用。

2.藍(lán)牙和BLE

藍(lán)牙是一種使用短波長、超高頻無線電波的短距離無線技術(shù)。它最常用于音頻流，但它也已成為無線和連接設(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)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)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，它是針對物聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行優(yōu)化的新版本。正如其名，BLE比標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙消耗更少的功率，這使得它在很多用例中特別有吸引力，比如消費(fèi)者端的健康和健身追蹤器以及智能家居設(shè)備以及商業(yè)端的店內(nèi)導(dǎo)航。

3.蜂窩

蜂窩是可用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的最廣泛可用和眾所周知的選項(xiàng)之一，它是通信范圍更遠(yuǎn)的部署的最佳選項(xiàng)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)大新高速標(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)，這是很多物聯(lián)網(wǎng)部署的重要能力。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.CoAP

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組約束RESTful環(huán)境工作組于2013年推出了CoAP，用于約束應(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，CoAP也能讓受限設(shè)備加入物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

5.DDS

Object Management Group(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“以數(shù)據(jù)為中心的連接的中間件協(xié)議和API標(biāo)準(zhǔn)”，解釋說“它將系統(tǒng)的組件集成在一起，提供低延遲數(shù)據(jù)連接、極高的可靠性和可擴(kuò)展的架構(gòu)，業(yè)務(wù)和任務(wù)關(guān)鍵型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序需要。”此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，就長距離而言，是一種非蜂窩無線技術(shù)，顧名思義，它提供了長距離通信能力。它具有低功耗和安全數(shù)據(jù)傳輸功能，適用于M2M應(yīng)用程序和物聯(lián)網(wǎng)部署。它是一項(xiàng)專有技術(shù)，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)并現(xiàn)在維護(hù)LoRaWAN，這是一種基于云的開放協(xié)議，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠與LoRa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)備管理和遙測而設(shè)計(jì)；因此，對于處理和存儲(chǔ)能力有限的低功耗設(shè)備來說，這是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

8.MQTT

它于1999年開發(fā)，最初稱為消息隊(duì)列遙測傳輸，現(xiàn)在只是MQTT。此協(xié)議中不再有任何消息隊(duì)列。MQTT使用發(fā)布-訂閱架構(gòu)來啟用M2M通信。其簡單的消息傳遞協(xié)議適用于受限設(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，比如用于不可靠網(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線網(wǎng)絡(luò)的普遍首選選項(xiàng)。MQTT最初是一個(gè)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)設(shè)備的領(lǐng)先開源協(xié)議。

9.無線網(wǎng)絡(luò)

鑒于其在家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑中的普遍存在，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，并且能夠處理大量數(shù)據(jù)。Wi-Fi特別適合中短距離的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。但是，很多Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)（包括家庭中常用的標(biāo)準(zhǔn)）對于某些物聯(lián)網(wǎng)用例來說過于耗電，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的低范圍和低可擴(kuò)展性也限制了其在很多物聯(lián)網(wǎng)部署中使用的可行性。

10.XMPP

可以追溯到2000年代初，當(dāng)時(shí)Jabber開源社區(qū)首次設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展消息傳遞和存在協(xié)議用于實(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支持在網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)實(shí)體之間實(shí)時(shí)交換結(jié)構(gòu)化但可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)，它最常用于面向消費(fèi)者的物聯(lián)網(wǎng)部署，比如智能設(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，專為樓宇和家庭自動(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，可用于在多個(gè)設(shè)備上擴(kuò)展通信。它的范圍比BLE長，但數(shù)據(jù)速率比BLE低。它由Zigbee聯(lián)盟監(jiān)督，提供靈活、自組織的網(wǎng)格、超低功耗和應(yīng)用程序庫。

12.Z波

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)，以及商業(yè)應(yīng)用，比如能源管理技術(shù)。它在美國以908.42MHz無線電頻率運(yùn)行；雖然，它的頻率因國家而異。Z-Wave得到Z-Wave聯(lián)盟的支持，該聯(lián)盟是一個(gè)成員聯(lián)盟，專注于擴(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

沒有一種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議是最好的，也沒有任何一種適合每種部署。

咨詢公司Protiviti新興技術(shù)集團(tuán)董事總經(jīng)理兼全球負(fù)責(zé)人Scott Laliberte表示，企業(yè)技術(shù)人員必須根據(jù)他們計(jì)劃中的物聯(lián)網(wǎng)部署的獨(dú)特情況來確定哪種協(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)備的電力需求和這些設(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。