物聯網架構各個層次使用的是什麼通訊協議

2020-12-05 電子發燒友

物聯網架構各個層次使用的是什麼通訊協議

物聯網共享經濟資 發表於 2020-03-18 15:42:41

如下圖所示，本文從以下幾個維度對物聯網常見的幾種協議進行闡述。

一、按網絡四層協議分類：

NB-IoT，LORA，WIFI，藍牙，zigbee，4G都是需要硬體支撐的。

MQTT，COAP，HTTP都是應用層協議，需要連接伺服器，現在有很多物聯網平臺，比如阿里雲，騰訊雲，華為雲等等。

所以（MQTT，COAP，HTTP）是居於（NB-IoT，LORA，WIFI，藍牙，zigbee，4G）的上層協議物理層中。

二、按需要網關來分類：

不需要網關：NB-IoT，2G/4G/5G（晶片可以直接跟運營商：移動，聯通，電信等運營商網絡通信。）

需要網關：LORA，WIFI，zigbee（不能直接連上電信運營商，需要通過一個網關中轉才能連接網絡。）

藍牙設備之間可以通信。

三、NB-IoT，4G對比：

NB-IoT低功耗，傳輸小數據，傳輸速度底，晶片模組和套餐便宜。目前NB基站還較少，不過華為在大力推這個通信方式，相信以後會普及。

2G/4G/5G：傳輸速度快和可以傳輸大的數據，但是功耗高，價格貴

WIFI和zigbee對比：

wifi 功耗高，傳輸速率大11-54Mbps，功耗高10-50mA，距離短20-50m。一個路由只能加入較少設備。

zigbee功耗低，傳輸數據慢100Kbps，功耗20mA，可以中繼，距離遠幾百到幾千米。一個zigbee網關可以加入成千上萬的zigbee設備。

四、應用層協議：MQTT和COAP對比

1. MQTT

mqtt 是一個基於客戶端-伺服器的消息發布/訂閱傳輸協議。MQTT協議是輕量、簡單、開放和易於實現的，這些特點使它適用範圍非常廣泛。

是非常輕量化的通信協議，開銷很小（固定頭部2位元組），是訂閱/發布通信方式，可以一對多，多對一。是TCP通信協議。有三種方式，至多一次：

最多一次：保證盡力交付，

至少一次：保證消息至少傳送一次。但是消息也可以不止一次傳遞。

只有一次：保證每個消息只被對方接收一次。

在很多情況下，包括受限的環境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯網（IoT）、衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。

2. coap

COAP協議網絡傳輸層由TCP改為UDP。

基於REST，server的資源地址和網際網路一樣也有類似url的格式，客戶端同樣有POST，GET，PUT，DELETE方法來訪問server，對HTTP做了簡化。

COAP是二進位格式的，HTTP是文本格式的，COAP比HTTP更加緊湊。

輕量化，COAP最小長度僅僅4B，一個HTTP的頭都幾十個B了

支持可靠傳輸，數據重傳，塊傳輸。 確保數據可靠到達。

支持IP多播， 即可以同時向多個設備發送請求。

非長連接通信，適用於低功耗物聯網場景。

3. DDS（Data Distribution Service for Real-Time Systems），面向實時系統的數據分布服務

這是大名鼎鼎的OMG組織提出的協議，其權威性應該能證明該協議的未來應用前景。

適用範圍：分布式高可靠性、實時傳輸設備數據通信。目前DDS已經廣泛應用於國防、民航、工業控制等領域。

特點：

以數據為中心

使用無代理的發布/訂閱消息模式，點對點、點對多、多對多

提供多大21種QoS服務質量策略

協議主要實現：

OpenDDS 是一個開源的 C++ 實現

OpenSplice DDS

4. XMPP

XMPP是基於XML的協議，由於其開放性和易用性，在網際網路及時通訊應用中運用廣泛。相對HTTP，XMPP在通訊的業務流程上是更適合物聯網系統的，開發者不用花太多心思去解決設備通訊時的業務通訊流程，相對開發成本會更低。但是HTTP協議中的安全性以及計算資源消耗的硬傷並沒有得到本質的解決。在設計時都是根據網際網路應用場景設計的，但是個協議的通病就是根本無法適用物聯網設備的多樣性，無法適用很多物聯網設備對低功耗、低成本的需求，難以在極低資源的物聯網設備中運用。

5. HTTP協議

HTTP協議是典型的CS通訊模式，由客戶端主動發起連接，向伺服器請求XML或JSON數據。該協議最早是為了適用web瀏覽器的上網瀏覽場景和設計的，目前在PC、手機、pad等終端上都應用廣泛。

缺點是：

開銷大，消息頭大

HTTP通信方式問題，HTTP的請求/應答方式的會話都是客戶端發起的

安全性差

責任編輯：ct

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