最常用的 12 种物联网协议和标准

联网事物的数量和范围正在迅速扩大，2020 年物联网连接数首次超过非物联网在线连接数。

根据市场研究公司 IoT Analytics 的数据，2020 年物联网连接数为 117 亿，而非物联网连接数为 100 亿，例如智能手机和计算机。那里的研究人员估计，到 2025 年，物联网连接的数量将增至 309 亿。

物联网协议的可用性和扩展，包括 5G 和低功耗广域网，推动并支持了大部分增长。

为什么物联网协议很重要？

物联网的好处和价值来自于使组件能够通信；这种通信能力是将数据从端点设备通过物联网管道传输到中央服务器的原因。

这种通信是通过物联网协议进行的，该协议确保从端点设备（例如传感器）发送的数据被连接环境中的下一步和后续步骤接收和理解，无论该数据的下一步是发送到另一个端点设备还是网关或应用程序。

简而言之，物联网协议对于物联网的存在与事物本身一样重要。

尽管作为一个集体的协议对于物联网的运行至关重要，但协议并非都是平等的。 Gartner 分析师兼高级研究主管比尔·雷 (Bill Ray) 表示，并非所有协议在任何情况下都有效或运作良好。

Ray 指出，有些协议非常适合在建筑物中使用物联网，有些非常适合在建筑物之间部署物联网，而另一些则适用于国家或全球物联网用例。

物联网中有多少种协议？

有多种可用的物联网协议，每一种都提供某些功能或特性组合，使其优于特定物联网部署的其他选项。

每个物联网协议都支持设备到设备、设备到网关或设备到云/数据中心的通信——或这些通信的组合。

地理位置和特殊位置、功耗需求、电池供电选项、物理障碍的存在和成本等因素决定了哪种协议在物联网部署中是最佳的。

物联网架构有哪些不同层次？

网络系统是作为技术堆栈构建的；这些通常在参考模型（一种框架类型）中可视化，技术人员使用该模型来概念化数据在整个堆栈中的通信方式。

最著名的一个是开放系统互连 (OSI) 模型，它列出了七层。从下到上，图层如下：

1. 物理
2. 数据链路
3. 网络
4. 传输
5. 会话
6. 演示
7. 应用程序

物联网也以多层模型表示。虽然有些人使用OSI七层模型，但其他正在使用的模型包括以下内容:

• 三层模型：感知、网络和应用。

• 四层模型：感知、支持、网络和应用。

• 五层模型：感知、传输、处理、应用和业务，或物理、数据链路、网络、传输和应用。

使用的互联网协议通常会因层而异。因此，物联网生态系统可能有多个协议，不同的协议支持不同层的通信，一些协议跨层桥接，Info-Tech Research Group基础设施首席研究顾问Scott Young表示。

例如，蓝牙和无线支持最低层的通信，而数据分发服务(DDS)和MQTT则在应用层工作。

最常见的协议

技术人员在构建网络以服务于其物联网生态系统时，可以从多种通信协议中进行选择。最常见的包括以下几种。

1. AMQP

AMQP 是 Advanced Message Queuing Protocol 的缩写，是一种开放标准协议，用于更多面向消息的中间件。因此，无论使用何种消息代理或平台，它都支持系统之间的消息传递互操作性。它提供安全性和互操作性以及可靠性，即使在远距离或在较差的网络上也是如此。它支持通信，即使系统不能同时可用。

2.蓝牙和BLE

蓝牙是一种使用短波长、超高频无线电波的短距离无线技术。它最常用于音频流，但它也已成为无线和连接设备的重要推动者。因此，这种低功耗、低范围的连接选项是个人区域网络和物联网部署的首选。

另一种选择是低功耗蓝牙，称为蓝牙 LE 或 BLE，它是针对物联网连接进行优化的新版本。正如其名，BLE 比标准蓝牙消耗更少的功率，这使得它在许多用例中特别有吸引力，例如消费者端的健康和健身追踪器以及智能家居设备以及商业端的店内导航。

3.蜂窝

蜂窝是可用于物联网应用的最广泛可用和众所周知的选项之一，它是通信范围更远的部署的最佳选项之一。尽管 2G 和 3G 传统蜂窝标准现在正在逐步淘汰，但电信公司正在迅速扩大新高速标准的覆盖范围——即 4G/LTE 和 5G。蜂窝提供高带宽和可靠的通信。它能够发送大量数据，这是许多物联网部署的重要能力。然而，这些功能是有代价的：比其他选项更高的成本和功耗。

4. CoAP

互联网工程任务组约束 RESTful 环境工作组于 2013 年推出了 CoAP，用于约束应用协议，将其设计为与基于 HTTP 的物联网系统一起使用。 CoAP 依靠用户数据报协议来建立安全通信并实现多点之间的数据传输。 CoAP 通常用于机器对机器 (M2M) 应用程序，即使存在低带宽、低可用性和/或低能耗设备，CoAP 也能让受限设备加入物联网环境。

5. DDS

Object Management Group (OMG) 为实时系统开发了数据分发服务。 OMG 将 DDS 描述为“以数据为中心的连接的中间件协议和 API 标准”，解释说“它将系统的组件集成在一起，提供低延迟数据连接、极高的可靠性和可扩展的架构，业务和任务关键型物联网应用程序需要。”此 M2M 标准使用发布-订阅模式实现高性能和高度可扩展的实时数据交换。

6. LoRa 和 LoRaWAN

LoRa，就长距离而言，是一种非蜂窝无线技术，顾名思义，它提供了长距离通信能力。它具有低功耗和安全数据传输功能，适用于 M2M 应用程序和物联网部署。它是一项专有技术，现在是 Semtech 射频平台的一部分。 Semtech 是其创始成员的 LoRa 联盟现在是 LoRa 技术的管理机构。 LoRa 联盟还设计并现在维护 LoRaWAN，这是一种基于云的开放协议，使物联网设备能够与 LoRa 通信。

7.LWM2M

OMA SpecWorks 将其轻量级 M2M (LWM2M) 描述为“为传感器网络和 M2M 环境需求而设计的设备管理协议”。该通信协议专为物联网环境和其他 M2M 应用中的远程设备管理和遥测而设计；因此，对于处理和存储能力有限的低功耗设备来说，这是一个不错的选择。

8. MQTT

它于 1999 年开发，最初称为消息队列遥测传输，现在只是 MQTT。此协议中不再有任何消息队列。 MQTT 使用发布-订阅架构来启用 M2M 通信。其简单的消息传递协议适用于受限设备，并支持多个设备之间的通信。它旨在在低带宽情况下工作，例如用于不可靠网络上的传感器和移动设备。该功能使其成为连接具有小代码占用空间的设备以及由于带宽限制或不可靠连接而具有不同延迟水平的无线网络的普遍首选选项。 MQTT 最初是一个专有协议，现在是连接物联网和工业物联网设备的领先开源协议。

9. 无线网络

鉴于其在家庭、商业和工业建筑中的普遍存在，Wi-Fi 是一种常用的物联网协议。它提供快速的数据传输，并且能够处理大量数据。 Wi-Fi 特别适合中短距离的 LAN 环境。此外，Wi-Fi 的多种标准——在家庭和一些企业中最常见的是 802.11n——为技术人员提供了部署选择。但是，许多 Wi-Fi 标准（包括家庭中常用的标准）对于某些物联网用例来说过于耗电，尤其是低功耗/电池供电的设备。这限制了 Wi-Fi 作为某些部署的选项。此外，Wi-Fi 的低范围和低可扩展性也限制了其在许多物联网部署中使用的可行性。

10. XMPP

可以追溯到 2000 年代初，当时 Jabber 开源社区首次设计了可扩展消息传递和存在协议用于实时人与人之间的通信，XMPP 现在用于轻量级中间件中的 M2M 通信和路由 XML 数据。 XMPP 支持在网络上的多个实体之间实时交换结构化但可扩展的数据，它最常用于面向消费者的物联网部署，例如智能设备。它是 XMPP 标准基金会支持的开源协议。

11. Zigbee

Zigbee 是一种网状网络协议，专为楼宇和家庭自动化应用而设计，是物联网环境中最流行的网状协议之一。 Zigbee 是一种短距离和低功耗协议，可用于在多个设备上扩展通信。它的范围比 BLE 长，但数据速率比 BLE 低。它由 Zigbee 联盟监督，提供灵活、自组织的网格、超低功耗和应用程序库。

12. Z波

另一个专有选项 Z-Wave 是一种基于低功耗射频技术的无线网状网络通信协议。与蓝牙和 Wi-Fi 一样，Z-Wave 允许智能设备通过加密进行通信，从而为物联网部署提供一定程度的安全性。它通常用于家庭自动化产品和安全系统，以及商业应用，例如能源管理技术。它在美国以 908.42 MHz 无线电频率运行；虽然，它的频率因国家而异。 Z-Wave 得到 Z-Wave 联盟的支持，该联盟是一个成员联盟，专注于扩展使用 Z-Wave 的设备的技术和互操作性。

选择正确的物联网协议

没有一种物联网通信协议是最好的，也没有任何一种适合每种部署。

咨询公司 Protiviti 新兴技术集团董事总经理兼全球负责人 Scott Laliberte 表示，企业技术人员必须根据他们计划中的物联网部署的独特情况来确定哪种协议最适合他们的组织。这些决定应权衡一系列因素，从连接设备的电力需求和这些设备的位置，到部署所在的地理规模和功能，再到部署的安全要求。