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@@指双方实体完成通信或@@服务@@所必须遵循的@@规则和@@约定@@。那么物联网@@都有哪些通信协议@@@@？你都了解吗@@？
我们将物联网@@协议@@分为两大类@@，一类是@@传输协议@@@@，一类是@@通信协议@@@@。传输协议@@一般负责子网@@内设备@@间的@@组网@@及通信@@，之前我们已经为大家做了一次的@@科普@@，文章@@《物联网@@常见的@@无线传输协议@@类型@@》有详细介绍@@。通信协议@@则主要是@@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@@。
上图为物联网@@联接的@@问题空间@@@@，物联网@@的@@通信环境有@@Ethernet， Wi-Fi， RFID， NFC（近距离无线通信@@）， Zigbee， 6LoWPAN（IPV6低速无线版本@@），Bluetooth， GSM， GPRS， GPS， 3G， 4G等@@网@@络@@@@，而@@每一种@@通信应用@@协议@@都有一定适用@@范围@@@@。AMQP、JMS、REST/HTTP都是@@工作在@@以太网@@@@，COAP协议@@是@@专门为资源受限设备@@开发的@@协议@@@@@@，而@@DDS和@@MQTT的@@兼容性则强很多@@。
互联网@@时代@@，TCP/IP协议@@已经一统江湖@@，现在@@的@@物联网@@的@@通信架构也是@@构建在@@传统互联网@@基础架构之上@@。在@@当前的@@互联网@@通信协议@@中@@，HTTP协议@@由@@于开发成本低@@，开放程度高@@，几乎占据大半江山@@，所以很多厂商在@@构建物联网@@系统时也基于@@http协议@@进行开发@@。包括@@google主导的@@@@physic web项目@@，都是@@期望在@@传统@@web技术@@基础上构建物联网@@协议@@标准@@@@。
HTTP协议@@是@@典型的@@@@CS通讯模式@@，由@@客户端主动发起连接@@，向服务@@器请求@@XML或@@JSON数据@@。该协议@@最早是@@为了适用@@@@web浏览器的@@上网@@浏览场景和@@设计的@@@@，目前@@在@@@@PC、手机@@、pad等@@终端上都应用@@广泛@@，但并不适用@@于物联网@@场景@@。在@@物联网@@场景中其有三大弊端@@：
1. 由@@于必须由@@设备@@主动向服务@@器发送数据@@@@，难以主动向设备@@推送数据@@@@。对@@于单单的@@数据@@采集等@@场景还勉强适用@@@@，但是@@@@对@@于频繁的@@操控场景@@，只能推过设备@@定期主动拉取的@@的@@方式@@@@，实现@@成本和@@实时@@性都大打折扣@@。
2. 安全@@性不高@@。web的@@不安全@@都是@@妇孺皆知@@，HTTP是@@明文协议@@@@，在@@很多要求高安全@@性的@@物联网@@场景@@，如@@果不做很多安全@@准备@@工作@@（如@@采用@@@@https等@@），后果不堪设想@@。
3. 不同于用@@户交互终端如@@@@pc、手机@@，物联网@@场景中的@@设备@@@@多样化@@，对@@于运算和@@存储资源都十分受限的@@设备@@@@@@，http协议@@实现@@@@、XML/JSON数据@@格式的@@解析@@，都是@@不可能的@@任务@@。
REST/HTTP（松耦合服务@@调用@@@@）
REST （Representational State Transfer），表征状态转换@@，是@@基于@@HTTP协议@@开发的@@一种@@通信风格@@，目前@@还不是@@标准@@@@。
适用@@范围@@：REST/HTTP主要为了简化互联网@@中的@@系统架构@@，快速实现@@客户端和@@服务@@器之间交互的@@松耦合@@，降低了客户端和@@服务@@器之间的@@交互延迟@@。因此适合在@@物联网@@的@@应用@@层面@@，通过@@REST开放物联网@@中资源@@，实现@@服务@@被其他应用@@所调用@@@@。
特点@@：
1. REST 指的@@是@@一组架构约束条件和@@原则@@。满足这些约束条件和@@原则的@@应用@@程序或@@设计就是@@@@RESTful
2.客户端和@@服务@@器之间的@@交互在@@请求之间是@@无状态的@@@@
3. 在@@服务@@器端@@，应用@@程序状态和@@功能可以分为各种@@资源@@，它向客户端公开@@。资源的@@例子有@@：应用@@程序对@@象@@、数据@@库记录@@、算法等@@等@@@@。每个资源都使用@@@@@@ URI （Universal Resource Identifier） 得到一个惟一的@@地址@@。所有资源都共享统一的@@界面@@，以便在@@客户端和@@服务@@器之间传输状态@@
4.使用@@@@的@@是@@标准@@的@@@@ HTTP 方法@@，比如@@@@ GET、PUT、POST 和@@ DELETE
点评@@： REST/HTTP其实是@@互联网@@中服务@@调用@@@@API封装风格@@，物联网@@中数据@@采集到物联网@@应用@@系统中@@，在@@物联网@@应用@@系统中@@，可以通过@@开放@@REST API的@@方式@@，把数据@@服务@@开放出去@@，被互联网@@中其他应用@@所调用@@@@
CoAP协议@@
CoAP （Constrained Application Protocol），受限应用@@协议@@@@，应用@@于无线传感网@@中协议@@@@。
适用@@范围@@：CoAP是@@简化了@@HTTP协议@@的@@@@RESTful API，CoAP是@@6LowPAN协议@@栈中的@@应用@@层协议@@@@，它适用@@于在@@资源受限的@@通信的@@@@IP网@@络@@。
特点@@：
报头压缩@@：CoAP包含一个紧凑的@@二进制报头和@@扩展报头@@。它只有短短的@@@@4B的@@基本报头@@，基本报头后面跟扩展选项@@。一个典型的@@请求报头为@@10～20B。
方法@@和@@@@URIs：为了实现@@客户端访问服务@@器上的@@资源@@，CoAP支持@@GET、PUT、POST和@@DELETE等@@方法@@@@。CoAP还支持@@@@URIs，这是@@@@Web架构的@@主要特点@@@@。
传输层使用@@@@@@UDP协议@@：CoAP协议@@是@@建立在@@@@UDP协议@@之上@@，以减少开销和@@支持@@组播功能@@。它也支持@@一个简单的@@停止和@@等@@待的@@可靠性@@传输机制@@@@。
支持@@异步通信@@：HTTP对@@M2M（Machine-to-Machine）通信不适用@@@@，这是@@@@由@@于事务总是@@由@@客户端发起@@。而@@CoAP协议@@支持@@异步通信@@@@，这对@@@@M2M通信应用@@来说是@@常见的@@休眠@@／唤醒机制@@@@。
支持@@资源发现@@：为了自主的@@发现和@@使用@@@@资源@@，它支持@@@@内置的@@资源发现格式@@，用@@于发现设备@@上的@@资源列表@@，或@@者用@@于设备@@向服务@@目录公告自己的@@资源@@。它支持@@@@RFC5785中的@@格式@@，在@@CoRE中用@@@@／．well—known／core的@@路径表示资源描述@@。
支持@@缓存@@：CoAP协议@@支持@@资源描述的@@缓存以优化其性能@@。
协议@@主要实现@@@@：
1. libcoap（C语言实现@@@@）
2.Californium（java语言实现@@@@）
点评@@：CoAP和@@6LowPan，这分别是@@应用@@层协议@@和@@网@@络@@适配层协议@@@@，其目标是@@解决设备@@直接连接到@@IP网@@络@@，也就是@@@@IP技术@@应用@@到设备@@之间@@、互联网@@与设备@@之间的@@通信需求@@。因为@@IPV6技术@@带来巨大寻址空间@@@@，不光解决了未来巨量设备@@和@@资源的@@标识问题@@，互联网@@上应用@@可以直接访问支持@@@@IPV6的@@设备@@@@，而@@不需要额外的@@网@@关@@。
MQTT协议@@（低带宽@@）
MQTT （Message Queuing Telemetry Transport ），消息队列@@遥测传输@@，由@@IBM开发的@@即时通讯协议@@@@，相比来说比较适合物联网@@场景的@@通讯协议@@@@。MQTT协议@@采用@@发布@@@@/订阅@@模式@@，所有的@@物联网@@终端都通过@@@@TCP连接到云端@@，云端通过@@主题的@@方式@@管理各个设备@@关注的@@通讯内容@@，负责将设备@@与设备@@之间消息的@@转发@@。
MQTT在@@协议@@设计时就考虑到不同设备@@的@@计算性能的@@差异@@，所以所有的@@协议@@@@都是@@采用@@二进制格式编解码@@，并且编解码格式都非常易于开发和@@实现@@@@。最小的@@数据@@包只有@@2个字节@@@@，对@@于低功耗低速网@@络@@也有很好的@@适应性@@。有非常完善的@@@@QOS机制@@，根据业务场景可以选择最多一次@@、至少一次@@、刚好一次三种@@消息送达模式@@。运行在@@@@TCP协议@@之上@@，同时@@支持@@@@TLS（TCP+SSL）协议@@，并且由@@于所有数据@@通信都经过云端@@，安全@@性得到了较好地保障@@。
适用@@范围@@：在@@低带宽@@@@、不可靠的@@网@@络@@下提供基于云平台的@@远程设备@@的@@数据@@传输和@@监控@@。
特点@@：
1.使用@@@@基于代理的@@发布@@@@/订阅@@消息模式@@，提供一对@@多的@@消息发布@@@@
2.使用@@@@ TCP/IP 提供网@@络@@连接@@
3.小型传输@@，开销很小@@（固定长度的@@头部是@@@@ 2 字节@@），协议@@交换最小化@@，以降低网@@络@@流量@@
4.支持@@QoS，有三种@@消息发布@@服务@@质量@@@@：“至多一次@@”， “至少一次@@”， “只有一次@@”
协议@@主要实现@@@@和@@应用@@@@：
1.已经有@@PHP，JAVA，Python，C，C#等@@多个语言版本的@@协议@@@@框架@@
2.IBM Bluemix 的@@一个重要部分是@@其@@ IoT Foundation 服务@@，这是@@@@一项基于云的@@@@ MQTT 实例@@
3.移动应用@@程序也早就开始使用@@@@@@MQTT，如@@ Facebook Messenger 和@@com等@@
点评@@：MQTT协议@@一般适用@@于设备@@数据@@采集到端@@（Device-》Server，Device-》Gateway），集中星型网@@络@@架构@@（hub-and-spoke），不适用@@设备@@与设备@@之间通信@@，设备@@控制能力弱@@，另外实时@@性较差@@，一般都在@@秒级@@。
DDS协议@@（高可靠性@@@@、实时@@）
DDS（Data Distribution Service for Real-Time Systems），面向实时@@系统的@@数据@@分布服务@@@@，这是@@@@大名鼎鼎的@@@@OMG组织提出的@@@@协议@@@@，其权威性应该能证明该协议@@的@@@@未来应用@@前景@@。
适用@@范围@@：分布式高可靠性@@@@@@、实时@@传输设备@@数据@@通信@@。目前@@DDS已经广泛应用@@于国防@@、民航@@、工业控制等@@领域@@。
特点@@：
1.以数据@@为中心@@
2.使用@@@@无代理的@@发布@@@@/订阅@@消息模式@@，点对@@点@@、点对@@多@@、多对@@多@@
3.提供多大@@21种@@QoS服务@@质量@@策略@@
协议@@主要实现@@@@：
1.OpenDDS 是@@一个@@开源的@@@@ C++ 实现@@
2.OpenSplice DDS
点评@@：DDS很好地支持@@设备@@之间的@@数据@@分发和@@设备@@控制@@，设备@@和@@云端的@@数据@@传输@@，同时@@DDS的@@数据@@分发的@@实时@@效率非常高@@，能做到秒级内同时@@分发百万条消息到众多设备@@@@。DDS在@@服务@@质量@@@@（QoS）上提供非常多的@@保障途径@@，这也是@@它适用@@于国防军事@@、工业控制这些高可靠性@@@@@@、可安全@@性应用@@领域的@@原因@@。但这些应用@@都工作在@@有线网@@络@@下@@，在@@无线网@@络@@@@，特别是@@资源受限的@@情况下@@，没有见到过实施案例@@。
AMQP协议@@（互操作性@@）
AMQP（Advanced Message Queuing Protocol），先进消息队列@@协议@@@@，这是@@@@OASIS组织提出的@@@@，该组织曾提出@@OSLC（Open Source Lifecyle）标准@@，用@@于业务系统例如@@@@PLM，ERP，MES等@@进行数据@@交换@@。
适用@@范围@@：最早应用@@于金融系统之间的@@交易消息传递@@，在@@物联网@@应用@@中@@，主要适用@@于移动手持设备@@与后台数据@@中心的@@通信和@@分析@@。
特点@@：
1.Wire级的@@协议@@@@@@，它描述了在@@网@@络@@上传输的@@数据@@的@@格式@@，以字节@@为流@@
2.面向消息@@、队列@@、路由@@@@（包括@@点对@@点@@和@@发布@@@@/订阅@@）、可靠性@@、安全@@
协议@@实现@@@@：
1.Erlang中的@@实现@@有@@ RabbitMQ
2.AMQP的@@开源实现@@@@，用@@C语言编写@@OpenAMQ
3.Apache Qpid
4.stormMQ
XMPP协议@@（即时通信@@）
XMPP（Extensible Messaging and Presence Protocol）可扩展通讯和@@表示协议@@@@，XMPP的@@前身是@@@@Jabber，一个开源形式组织产生的@@网@@络@@即时通信@@协议@@@@。XMPP目前@@被@@IETF国际标准@@组织完成了标准@@化工作@@。
适用@@范围@@：即时通信@@的@@应用@@程序@@，还能用@@在@@网@@络@@管理@@、内容供稿@@、协同工具@@、档案共享@@、游戏@@、远端系统监控等@@@@。
特点@@：
1.客户机@@/服务@@器通信模式@@
2.分布式网@@络@@@@
3.简单的@@客户端@@，将大多数工作放在@@服务@@器端@@进行@@
4.标准@@通用@@标记语言的@@子集@@XML的@@数据@@格式@@
点评@@：XMPP是@@基于@@XML的@@协议@@@@，由@@于其开放性和@@易用@@性@@，在@@互联网@@及时通讯应用@@中运用@@广泛@@。相对@@@@HTTP，XMPP在@@通讯的@@业务流程上是@@更适合物联网@@系统的@@@@，开发者不用@@花太多心思去解决设备@@通讯时的@@业务通讯流程@@，相对@@@@开发成本会更低@@。但是@@@@HTTP协议@@中的@@安全@@性以及计算资源消耗的@@硬伤并没有得到本质的@@解决@@。
JMS （Java Message Service）
JMS （Java Message Service），JAVA消息服务@@@@，这是@@@@JAVA平台中著名的@@消息队列@@协议@@@@。
Java消息服务@@@@（Java Message Service）应用@@程序接口@@，是@@一个@@Java平台中关于面向消息@@中间件@@（MOM）的@@API，用@@于在@@两个应用@@程序之间@@，或@@分布式系统中发送消息@@，进行异步通信@@。Java消息服务@@@@是@@一个@@与具体平台无关的@@@@API，绝大多数@@MOM提供商都对@@@@JMS提供支持@@@@。
JMS是@@一种@@与厂商无关的@@@@ API，用@@来访问消息收发系统消息@@，它类似于@@JDBC（Java Database Connectivity）。这里@@，JDBC 是@@可以用@@来访问许多不同关系数据@@库的@@@@ API，而@@ JMS 则提供同样与厂商无关的@@访问方法@@@@，以访问消息收发服务@@@@。许多厂商都支持@@@@ JMS，包括@@ IBM 的@@ MQSeries、BEA的@@ Weblogic JMS service和@@ Progress 的@@ SonicMQ。 JMS 能够通过@@消息收发服务@@@@（有时称为消息中介程序或@@路由@@@@器@@）从一个@@ JMS 客户机@@向另一个@@ JMS客户机@@发送消息@@。消息是@@@@ JMS 中的@@一种@@类型对@@象@@，由@@两部分组成@@：报头和@@消息主体@@。报头由@@路由@@@@信息以及有关该消息的@@元数据@@组成@@。消息主体则携带着应用@@程序的@@数据@@或@@有效负载@@。根据有效负载的@@类型来划分@@，可以将消息分为几种@@类型@@，它们分别携带@@：简单文本@@（TextMessage）、可序列化的@@对@@象@@ （ObjectMessage）、属性集合@@ （MapMessage）、字节@@流@@ （BytesMessage）、原始值流@@ （StreamMessage），还有无有效负载的@@消息@@ （Message）。
物联网@@协议@@对@@比@@
协议@@应用@@的@@侧重方向@@
MQTT、 DDS、 AMQP、XMPP、 JMS、 REST、 CoAP这几种@@协议@@都已被广泛应用@@@@，并且每种@@协议@@都有至少@@10种@@以上的@@代码实现@@@@，都宣称支持@@实时@@的@@发布@@@@/订阅@@的@@物联网@@协议@@@@，但是@@@@在@@具体物联网@@系统架构设计时@@，需考虑实际场景的@@通信需求@@，选择合适的@@协议@@@@@@。
以智能家居为例@@，说明下这些协议@@侧重应用@@方向@@。智能家居中智能灯光控制@@，可以使用@@@@@@XMPP协议@@控制灯的@@开关@@；智能家居的@@电力供给@@，发电厂的@@发动机组的@@监控可以使用@@@@@@@@DDS协议@@；当电力输送到千家万户时@@，电力线的@@巡查和@@维护@@，可以使用@@@@@@MQTT协议@@；家里的@@所有电器的@@电量消耗@@，可以使用@@@@@@AMQP协议@@，传输到云端或@@家庭网@@关中进行分析@@；最后用@@户想把自家的@@能耗查询服务@@公布到互联网@@上@@，那么可以使用@@@@@@@@REST/HTTP来开放@@API服务@@。
物联网@@协议@@的@@@@选择@@
1.发布@@/订阅@@服务@@更适合物联网@@环境下通信@@
DDS、MQTT、AMQP和@@JMS都是@@基于@@发布@@@@/订阅@@模式@@，发布@@/订阅@@框架具有服务@@自发现@@、动态扩展@@、事件过滤的@@特点@@@@，它解决了物联网@@系统在@@应用@@层的@@数据@@源快速获取@@、物的@@加入和@@退出@@、兴趣订阅@@@@、降低带宽@@流量等@@问题@@，实现@@物的@@联接在@@空间@@上松耦合@@（双方无需知道通信地址@@）、时间上松耦合和@@同步松耦合@@。
2.服务@@质量@@（QoS）是@@物联网@@通信中的@@重要考虑因素@@
在@@服务@@策略的@@帮助下@@，DDS能够有效地控制和@@管理网@@络@@带宽@@、内存空间@@等@@资源的@@使用@@@@@@，同时@@也能控制数据@@的@@可靠性@@@@、实时@@性和@@数据@@的@@生存时间@@，通过@@灵活使用@@@@这些服务@@质量@@策略@@@@，DDS不仅能在@@窄带的@@无线环境上@@，也能在@@宽带的@@有线通信环境上开发出满足实时@@性需求的@@数据@@分发系统@@。
文章@@来源@@：搜狐公众平台@@