物联⽹通信协议⼤汇总！
随着物联⽹设备数量的持续增加，这些设备之间的通信或连接已成为⼀个重要的思考课题。通信对物联⽹来说⼗分常⽤且关键，⽆论是近距离⽆线传输技术还是移动通信技术，都影响着物联⽹的发展。⽽在通信中，通信协议尤其重要，是双⽅实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。
本⽂介绍了⼏个可⽤的物联⽹通信协议，它们具有不同的性能、数据速率、覆盖范围、功率和内存，⽽且每⼀种协议都有各⾃的优点和或多或少的缺点。其中⼀些通信协议只适合⼩型家⽤电器，⽽其他⼀些通信协议则可以⽤于⼤型智慧城市项⽬。物联⽹通信协议分为两⼤类：
⼀类是接⼊协议：⼀般负责⼦⽹内设备间的组⽹及通信
⼀类是通讯协议：主要是运⾏在传统互联⽹TCP/IP协议之上的设备通讯协议，负责设备通过互联⽹进⾏数据交换及通信。
⼀
物理层、数据链路层协议
1、远距离蜂窝通信
通信协议，分别指第⼆、三、四代移动通信系统协议。
（1）2G/3G/4G通信协议
（2）NB-IoT
窄带物联⽹（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联⽹络的⼀个重要分⽀。NB-IoT构建于蜂窝⽹络，只消耗⼤约180kHz的带宽，可直接部署于GSM⽹络、UMTS⽹络或LTE⽹络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT聚焦于低功耗⼴覆盖（LPWA）物联⽹（IoT）市场，是⼀种可在全球范围内⼴泛应⽤的新兴技术。具有覆盖⼴、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。
应⽤场景：NB-IoT⽹络带来的场景应⽤包括智能停车、智能消防、智能⽔务、智能路灯、共享单车和智能家电等。
（3）5G
第五代移动通信技术，是最新⼀代蜂窝移动通信技术。5G的性能⽬标是⾼数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提⾼系统容量和⼤规模设备连接。
应⽤场景：AR/VR、车联⽹、智能制造、智慧能源、⽆线医疗、⽆线家庭娱乐、联⽹⽆⼈机、超⾼清/全景直播、个⼈AI辅助、智慧城市。
2、远距离⾮蜂窝通信
（1）WiFi
由于前⼏年家⽤WiFi路由器以及智能⼿机的迅速普及，WiFi协议在智能家居领域也得到了⼴泛应⽤。WiFi协议最⼤的优势是可以直接接⼊互联⽹。相对于ZigBee，采⽤Wifi协议的智能家居⽅案省去了额外的⽹关，相对于蓝⽛协议，省去了对⼿机等移动终端的依赖。
商⽤WiFi在城市公共交通、商场等公共场所的覆盖，将商⽤WiFi的场景应⽤潜⼒表露⽆疑。
（2）ZigBee
ZigBee是⼀种低速短距离传输的⽆线通信协议，是⼀种⾼可靠的⽆线数传⽹络，主要特⾊有低速、低耗电、低成本、⽀持⼤量⽹上节点、⽀持多种⽹上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee技术是⼀种新型技术，它最近出现，主要是依靠⽆线⽹络进⾏传输，它能够近距离的进⾏⽆线连接，属于⽆线⽹络通讯技术。
ZigBee技术的先天性优势，使得它在物联⽹⾏业逐渐成为⼀个主流技术，在⼯业、农业、智能家居等领域得到⼤规模的应⽤。通信协议
（3）LoRa
LoRa(LongRange，远距离)是⼀种调制技术，与同类技术相⽐，提供更远的通信距离。LoRa ⽹关、烟感、⽔监测、红外探测、定位、排插等⼴泛应⽤物联⽹产品。作为⼀种窄带⽆线技术，LoRa 是使⽤到达时间差来实现地理定位的。LoRa 定位的应⽤场景：智慧城市和交通监控、计量和物流、农业定位监控。
3、近距离通信
（1）RFID
射频识别（RFID）是 Radio Frequency Identification 的缩写。其原理为阅读器与标签之间进⾏⾮接触式的数据通信，达到识别⽬标的⽬的。RFID 的应⽤⾮常⼴泛，典型应⽤有动物晶⽚、汽车晶⽚防盗器、门禁管制、停车场管制、⽣产线⾃动化、物料管理。完整的RFID系统由读写器(Reader)、电⼦标签(Tag)和数据管理系统三部分组成。
（2）NFC
NFC的中⽂全称为近场通信技术。NFC是在⾮接触式射频识别(RFID)技术的基础上，结合⽆线互连技术研发⽽成，它为我们⽇常⽣活中越来越普及的各种电⼦产品提供了⼀种⼗分安全快捷的通信⽅式。NFC中⽂名称中的“近场”是指临近电磁场的⽆线电波。
应⽤场景：应⽤在门禁、考勤、访客、会议签到、巡更等领域。NFC具有⼈机交互、机器间交互等功能。
（3）Bluetooth
蓝⽛技术是⼀种⽆线数据和语⾳通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离⽆线连接，为固定和移动设备建⽴通信环境的⼀种特殊的近距离⽆线技术连接。
蓝⽛能在包括移动电话、PDA、⽆线⽿机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进⾏⽆线信息交换。利⽤“蓝⽛”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特⽹Internet之间的通信，从⽽数据传输变得更加迅速⾼效，为⽆线通信拓宽道路。
4、有线通信
（1）USB
USB，是英⽂Universal Serial Bus（通⽤串⾏总线）的缩写，是⼀个外部总线标准，⽤于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应⽤在PC领域的接⼝技术。
（2）串⼝通信协议
串⼝通信协议是指规定了数据包的内容，内容包含了起始位、主体数据、校验位及停⽌位，双⽅需要约定⼀致的数据包格式才能正常收发数据的有关规范。在串⼝通信中，常⽤的协议包括RS-232、RS-422和RS-485。
串⼝通信是指外设和计算机间，通过数据线按位进⾏传输数据的⼀种通讯⽅式。这种通信⽅式使⽤的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度⽐并⾏传输低。⼤多数计算机(不包括笔记本)都包含两个RS-232串⼝。串⼝通信也是仪表仪器设备常⽤的通信协议。
（3）以太⽹
以太⽹是⼀种计算机局域⽹技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太⽹的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电⼦信号和介质访问层协议的内容。
（4）MBus
MBus 远程抄表系统（symphonic mbus），是欧洲标准的2线的⼆总线，主要⽤于消耗测量仪器诸如热表和⽔表系列。
⼆
⽹络层、传输协议
1、IPv 4
互联⽹通信协议第四版，是⽹际协议开发过程中的第四个修订版本，也是此协议第⼀个被⼴泛部署的版本。IPv4是互联⽹的核⼼，也是使⽤最⼴泛的⽹际协议版本
2、IPv6
互联⽹协议第6版，由于IPv4最⼤的问题在于⽹络地址资源有限，严重制约了互联⽹的应⽤和发展。IPv6的使⽤，不仅能解决⽹络地址资源数量的问题，⽽且也解决了多种接⼊设备连⼊互联⽹的障碍
3、TCP
传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是⼀种⾯向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP旨在适应⽀持多⽹络应⽤的分层协议层次结构。连接到不同但互连的计算机通信⽹络的主计算机中的成对进程之间依靠TCP提供可靠的通信服务。TCP假设它可以从较低级别的协议获得简单的，可能不可靠的数据报服务。
4、6LoWPAN
6LoWPAN是⼀种基于IPv6的低速⽆线个域⽹标准，即IPv6 over IEEE 802.15.4。
三
应⽤层协议
1、MQTT协议
MQTT (Message Queue Telemetry Transport)，翻译成中⽂就是，遥测传输协议，其主要提供了订阅/发布两种消息模式，更为简约、轻量，易于使⽤，特别适合于受限环境（带宽低、⽹络延迟⾼、⽹络通信不稳定）的消息分发，属于物联⽹（Internet of Thing）的⼀个标准传输协议。
在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联⽹（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及⼀些⼩型化设备中已⼴泛使⽤。
2、CoAP协议
CoAP（Constrained Application Protocol）是⼀种在物联⽹世界的类Web协议，适⽤于需要通过标准互联⽹⽹络进⾏远程控制或监控的⼩型低功率传感器，开关，阀门和类似的组件，服务器对不⽀持的类型可以不响应
3、REST/HTTP协议
RESTful是⼀种基于资源的软件架构风格。所谓资源，就是⽹络上的⼀个实体，或者说是⽹络上的⼀个具体信息。⼀张图⽚、⼀⾸歌曲都是⼀个资源。RESTful API是基于HTTP协议的⼀种实现。（HTTP是⼀个应⽤层的协议，特点是简捷快速）。
满⾜Rest规范的应⽤程序或设计就是RESTful，根据Rest规范设计的API，就叫做RESTful API
4、DDS协议
DDS（Data Distribution Service）分布式实时数据分发服务中间件协议，它是分布式实时⽹络⾥的“TCP/IP”，⽤来解决实时⽹络中的⽹络协议互联，其作⽤相当于“总线上的总线”。
5、AMQP协议
AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，⼀个提供统⼀消息服务的应⽤层标准⾼级消息队列协议，是应⽤层协议的⼀个开放标准，为⾯向消息的中间件设计。基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息，并不受客户端/中间件不同产品，不同的开发语⾔等条件的限制。Erlang中的实现有RabbitMQ等。
6、XMPP协议
XMPP是⼀种基于标准通⽤标记语⾔的⼦集XML的协议，它继承了在XML环境中灵活的发展性。因此，基于XMPP的应⽤具有超强的可扩展性。经过扩展以后的XMPP可以通过发送扩展的信息来处理⽤户的需求，以及在XMPP的顶端建⽴如内容发布系统和基于地址的服务等应⽤程序。
四
部分通信协议⽐较
1、NB-IoT协议和LoRa协议⽐较
第⼀，频段。LoRa⼯作在1GHz以下的⾮授权频段，在应⽤时不需要额外付费，NB-IoT和蜂窝通信使⽤1GHz以下的频段是2113授权的，是需要收费的。
第⼆，电池供电寿命。LoRa模块在处理⼲扰、⽹络5261重迭、可伸缩性等⽅⾯具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议⼀样的服务质量4102。NB-IoT出于对服务质量的考虑，不能提供类似LoRa⼀样的电池寿命。
第三，设备成本。对终端节点来说，LoRa协议⽐NB-IoT更简单，更容易开发并且1653对于微处理器的适⽤和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上到了，并且还会有升级版本陆续出来。
第四，⽹络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准在2016年公布，除回⽹络部署之外，相应的商业化和产业链的建⽴还需要更长的时间和努⼒去探索。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了，产品也处于“蓄势待答发”的状态，同时全球很多国家正在进⾏或者已经完成了全国性的⽹络部署。
2、蓝⽛、WiFi、ZigBee协议⽐较
⽬前来说，WiFi的优势是应⽤⼴泛，已经普及到千家万户；ZigBee的优势是低功耗和⾃组⽹；UWB⽆载波⽆线通信技术的优势是传输速率；蓝⽛的优势组⽹简单。然⽽，这3种技术，也都有各⾃的不⾜，没有⼀种技术能完全满⾜智能家居的全部要求。
蓝⽛技术的出现使得短距离⽆线通信成为可能，但其协议较复杂、功耗⾼、成本⾼等特点不太适⽤于要求低成本、低功耗的⼯业控制和家庭⽹络。尤其蓝⽛最⼤的障碍在于传输范围受限，⼀般有效的范围在10⽶左右，抗⼲扰能⼒不强、信息安全问题等问题也是制约其进⼀步发展和⼤规模应⽤的主要因素。
WiFi也是是⼀种短距离⽆线传输技术，可以随时接⼊⽆线信号，移动性强，⽐较适合在办公室及家庭的环境下应⽤。当然WiFi也存在⼀个致命缺点。由于WiFi采⽤的是射频技术，通过空⽓发送和接收数据，使⽤⽆线电波传输数据信号，⽐较容易受到外界的⼲扰。
ZigBee则是国际通⾏的⽆线通讯技术，它的每个⽹络端⼝可以最多接⼊6.5万多个端⼝，适合家居、⼯业、农业等多个领域使⽤，⽽蓝⽛和WiFi⽹端只能接⼊10个端⼝，显然不能适应家庭需要。ZigBee还具有低功耗和低成本优势。
3、MQTT协议和CoAP协议⽐较
MQTT是多对多通讯协议⽤于在不同客户端之间通过中间代理传送消息，解耦⽣产者与消费者，通过使得客户端发布，让代理决定路由并且拷贝消息。虽然MQTT⽀持⼀些持久化，最好还是作为实时数据通讯总线。
CoAP主要是⼀个点对点协议，⽤于在客户端与服务器之间传输状态信息。虽然⽀持观察资源，CoAP最好适合状态传输模型，不是完全基于事件。
MQTT客户端建⽴长连接TCP，这通常表⽰没有问题，CoAP客户端与服务器都发送与接收UDP数据包，在NAT环境中，隧道或者端⼝转发可以⽤于允许CoAP，或者像LWM2M，设备也许会先初始化前端连接。
MQTT不提供⽀持消息打类型标记或者其他元数据帮助客户端理解，MQTT消息可⽤于任何⽬的，但是所有的客户端必须知道向上的数据格式以允许通讯，CoAP，相反地，提供内置⽀持内容协商与发现，允许设备相互探测以到交换数据的⽅式。
两种协议各有优缺点，选择合适的取决于⾃⼰的应⽤。

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