通信模塊是物聯(lián)網應用終端的基礎。物聯(lián)網的行業(yè)終端種類繁多，體積、處理能力、對外接口等各不相同，通信模塊將成為物聯(lián)網智能服務通道的統(tǒng)一承載體，嵌入各種行業(yè)終端，為各行各業(yè)提供物聯(lián)網的智能通道服務。而在通信中，通信協(xié)議尤其重要，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，而且根據終端環(huán)境的不同對通信協(xié)議的要求完全不一致。

　　與互聯(lián)網時代TCP/IP，HTTP一統(tǒng)天下的局面不同，物聯(lián)網的通信環(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，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。

　　物聯(lián)網(Internet of Things, IoT)是指將各種傳感器、設備等通過互聯(lián)網連接起來，形成一個龐大的網絡，實現物與物之間的互聯(lián)互通。在實現這個過程中，各種不同的通信協(xié)議被廣泛應用。本文將為大家介紹物聯(lián)網中常見的通信協(xié)議。

　　一、MQTT

　　MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是物聯(lián)網(IoT)通信中常見的一種協(xié)議。它是一種輕量級的消息傳遞協(xié)議，被廣泛用于設備和服務器之間的通信。

　　MQTT協(xié)議的工作原理類似于一個發(fā)布-訂閱模型，它允許不同的設備或客戶端通過一個稱為“代理”(Broker)的中間件來交換消息。設備或客戶端可以選擇訂閱(Subscribe)特定的主題(Topic)，并從中接收來自代理的消息。同時，設備或客戶端還可以發(fā)布(Publish)消息到一個或多個特定的主題(Topic)，代理將轉發(fā)這些消息給所有訂閱該主題的設備或客戶端。

　　與其他通信協(xié)議相比，MQTT協(xié)議具有以下優(yōu)點：

　　1、它是一種輕量級的協(xié)議，占用的帶寬和資源很少;

　　2、它具有很高的可靠性，能夠保證消息的傳遞和接收;

　　3、它支持異步通信和離線消息，即使設備不在線也能夠接收和發(fā)送消息。

　　因此，MQTT協(xié)議是物聯(lián)網應用中最常用的一種協(xié)議，它能夠幫助設備之間進行高效地通信，并為物聯(lián)網應用提供了一個可靠、安全的消息傳遞機制。

　　二、CoAP

　　當我們談到物聯(lián)網通信協(xié)議時，CoAP(Constrained Application Protocol)是一個非常重要的協(xié)議。CoAP是一種面向資源的協(xié)議，它被設計用于受限設備和網絡環(huán)境中，以實現低功耗、低帶寬和低延遲的通信。

　　為了更好地理解CoAP的工作原理，可以將其比作快遞員。CoAP可以將我們要傳遞的數據(包裹)打包成一個個消息，然后通過互聯(lián)網(街道)將這些消息發(fā)送給目的地(收件人)。

　　CoAP協(xié)議不僅支持傳輸數據，還支持查詢資源狀態(tài)、觸發(fā)事件等操作，這使得它非常適合在物聯(lián)網中使用。而且，它具有較低的開銷，因為它只需要使用少量的網絡資源來傳輸數據。

　　總之，CoAP是一種可靠、高效的物聯(lián)網通信協(xié)議，它可以幫助設備在低功耗、低帶寬和低延遲的環(huán)境中進行通信，并且可以通過查詢資源狀態(tài)、觸發(fā)事件等方式與其他設備進行交互。

　　三、HTTP

　　當我們談到物聯(lián)網通信協(xié)議時，HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是一個人人都熟知的協(xié)議，它被用于在互聯(lián)網上傳輸超文本文檔。但是在物聯(lián)網中，HTTP也扮演著重要的角色。

　　HTTP協(xié)議不僅支持傳輸數據，還支持請求、響應和狀態(tài)碼等操作。這使得它非常適合在物聯(lián)網中使用。同時，它也非常靈活，支持各種不同的數據格式和通信方式，例如RESTful API和WebSocket。

　　然而，在物聯(lián)網中使用HTTP也有一些挑戰(zhàn)。例如，HTTP通信需要使用TCP連接，這可能會導致功耗過高和延遲過大。此外，HTTP的請求頭和響應頭也會帶來額外的開銷。

　　總之，HTTP是一種可靠、靈活的物聯(lián)網通信協(xié)議，它可以幫助設備在互聯(lián)網中進行通信，并且支持各種不同的數據格式和通信方式。但是，在使用HTTP時需要注意功耗和延遲等問題，以確保設備能夠在低功耗、低帶寬和低延遲的環(huán)境中正常工作。

　　四、LoRaWAN

　　LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)是一種專門為物聯(lián)網設備設計的無線通信協(xié)議。它具有以下特點：

　　1、長距離：LoRaWAN可以在數公里甚至數十公里的范圍內進行通信。

　　2、低功耗：它使用低功耗技術，可以使得設備在數年的時間內持續(xù)工作。

　　3、雙向通信：LoRaWAN支持雙向通信，可以從設備接收數據并向設備發(fā)送指令。

　　前段時間的“華為鴻蒙”事件應該都有所耳聞了吧，這件事帶動了很多業(yè)內大廠開始招聘鴻蒙操作系統(tǒng)的相關崗位人才。其實對于鴻蒙操作系統(tǒng)來說，物聯(lián)網、嵌入式等技術都是十分重要的，那你知道物聯(lián)網中常用的協(xié)議及應用場景有哪些嗎?

　　協(xié)議分層主要分為哪幾類呢?

　　物理層協(xié)議：NB-IoT，LORA，WIFI，藍牙，zigbee，4G，這幾個都需要芯片模組支持(硬件支持)

　　應用層協(xié)議：MQTT，COAP，HTTP，這些需要開發(fā)服務器，或者對接云平臺廠商(軟件支持)

　　物理層各個協(xié)議主要特點是什么?

　　1)NB-IoT與4G

　　低功耗：NB-IoT是一種低功耗廣域物聯(lián)網(LPWA)技術，專門設計用于電池供電的物聯(lián)網設備。它采用了優(yōu)化的傳輸機制和低功耗模式，可以實現長達數年的電池壽命。而4G則相對較高功耗，通常用于需要更高數據速率和連接質量的應用。

　　速度和容量：NB-IoT的傳輸速度相對較低，適用于傳輸較小的數據量，如傳感器數據、簡單命令等。而4G提供更高的傳輸速率和容量，可以處理大量數據，適用于需要傳輸大文件或進行實時視頻傳輸等應用。

　　覆蓋范圍：NB-IoT在覆蓋范圍上具有優(yōu)勢，可以實現較廣的物聯(lián)網區(qū)域覆蓋，包括室內和室外。4G網絡覆蓋更廣，但在某些偏遠地區(qū)或深度室內可能會存在信號弱的情況。

　　設備成本和部署復雜性：由于NB-IoT是為低成本部署設計的，因此相對較便宜。它的設備模組價格較低，并且部署相對簡單。4G設備成本較高，且部署相對復雜。

　　2)WIFI和zigbee

　　覆蓋范圍：WIFI通常適用于局域網(LAN)環(huán)境，其中包括家庭、辦公室和公共場所等。其覆蓋范圍相對較廣，可以覆蓋較大的空間。而Zigbee是一種低功耗、低數據速率的無線協(xié)議，主要適用于個人領域或小范圍應用，如智能家居和傳感器網絡。它的覆蓋范圍相對較小，適合于距離較近的設備之間進行通信。

　　低功耗：Zigbee在功耗和電池壽命方面表現出色，特別適用于電池供電的物聯(lián)網設備。它采用了低功耗模式和睡眠模式，可以實現長時間的電池壽命。相比之下，WIFI通常需要更高的功耗，對電池壽命的要求較高。

　　通信速率：WIFI通常具有較高的數據傳輸速率，適用于傳輸大量的數據，如影音娛樂、高清視頻和文件下載等。而Zigbee的數據傳輸速率較低，適用于傳輸小型數據包，如傳感器數據和簡單命令。它更關注低功耗和通信的穩(wěn)定性。

　　互聯(lián)與擴展：WIFI設備通?？梢酝ㄟ^路由器進行互聯(lián)，支持與其他WIFI設備的直接通信和互操作性。而Zigbee采用了網狀拓撲結構，使得設備之間可以形成自組織的網絡，可以支持大規(guī)模設備的互聯(lián)和擴展性。

　　3)LoRa WAN協(xié)議

　　LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟提出并推動的一種低功率廣域網協(xié)議，LoRa(Long Range)是一種無線通信技術，它具有使用距離遠、功耗低的特點。在上面的場景下，用戶就可以使用LoRaWAN技術進行組網，在工程設備上安裝支持LoRa的模塊。

　　通過LoRa的中繼設備將數據發(fā)往位于隧道外部的、有互聯(lián)網接入的LoRa網關，LoRa網關再將數據封裝成可以在IP網絡中通過TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議傳輸的數據協(xié)議包(比如MQTT協(xié)議)，然后發(fā)往云端的數據中心。

　　網絡層傳輸協(xié)議

　　TCP與UDP

　　TCP是一種面向連接、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，UDP更適合對功率小、可靠性要求不高的場合。

　　應用層協(xié)議：MQTT和COAP對比

　　1)MQTT

　　MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸)是一種基于TCP協(xié)議的應用層傳輸協(xié)議，采用發(fā)布/訂閱模式。它的特點是輕量級、簡單、開放且易于實現，使得它適用于廣泛的應用場景。

　　MQTT在許多受限環(huán)境下得到廣泛應用，包括機器與機器(M2M)通信、物聯(lián)網(IoT)、衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設備、智能家居以及一些小型化設備。它的輕量級設計使得在具有帶寬限制或資源受限的網絡和設備中都能高效運行。

　　2)CoAP

　　CoAP(Constrained Application Protocol，受限應用協(xié)議)是一種建立在REST模型之上，專為輕量級M2M通信設計的網絡傳輸協(xié)議。由于物聯(lián)網中的很多設備只擁有少量的內存空間和有限的計算能力，因此傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議在此場景下不適用，而CoAP應運而生。

　　從用戶可見性的角度，CoAP模擬了HTTP協(xié)議，因此讀取傳感器數據就像做一個HTTP請求一樣。

　　CoAP被認為是一種不會過時的技術協(xié)議。據Gartner預測，未來將有500億臺設備連接到互聯(lián)網，這將需要低成本、低能耗的設備，而CoAP的設計考慮到了這些需求。它被設計用于與10KB RAM類似的系統(tǒng)。

　　CoAP最有趣的特性之一是可以發(fā)現網絡中的節(jié)點。這對于低功耗無線傳感器網絡的自治和自我修復非常有用。使用CoAP協(xié)議可以解決無線傳感器網絡的可擴展性問題，并可以發(fā)現節(jié)點常規(guī)的冗余。

　　CoAP建立在UDP協(xié)議之上，這是與HTTP或MQTT相比最主要的區(qū)別。它可以更加快速和更好地進行資源優(yōu)化，但在QoS保持不變的情況下，CoAP相比HTTP和MQTT更加不可靠。然而，對于連續(xù)流系統(tǒng)如環(huán)境監(jiān)測傳感器網絡，4字節(jié)的頭部信息是一個不錯的選擇。