物聯網的數量和覆蓋范圍正在迅速擴大，據研究報告，2020年物聯網連接數首次超過非物聯網在線連接數。物聯網協議的可用性和擴展，包括 5G 和低功耗廣域網，推動并支持了大部分增長。

為什么物聯網協議很重要？

物聯網的好處和價值來自于使組件能夠通信；這種通信能力是將數據從端點設備通過物聯網管道移動到中央服務器的原因。

這種通信通過物聯網協議進行，可確保連接環境中的下一步和后續步驟接收和理解從端點設備（例如傳感器）發送的數據，無論該數據的下一步是發送到另一個端點設備還是網關或應用程序。

簡而言之，物聯網協議對于物聯網的存在與事物本身一樣重要。

盡管作為一個集體的協議對于使物聯網工作至關重要，但協議并非生來平等。行業專家表示，并非所有協議都能在任何情況下都能正常工作或運行良好。有些協議適用于建筑物中的物聯網使用，有些適用于建筑物之間的物聯網部署，而另一些則適用于國家或全球物聯網用例。

物聯網中有多少協議？

有多種物聯網協議可用，每一種協議都提供某些功能或特性組合，使其優于特定物聯網部署的其他選項。

每個物聯網協議都支持設備到設備、設備到網關或設備到云或數據中心的通信——或者這些通信的組合。

地理位置和特殊位置、功耗需求、電池供電選項、物理障礙的存在和成本等因素決定了物聯網部署中哪種協議是最佳的。

物聯網架構有哪些不同層次？

網絡系統是作為技術堆棧構建的；這些通常在參考模型（一種框架）中可視化，技術人員使用該模型來概念化數據在整個堆棧中的通信方式。

最著名的是開放系統互連 (OSI) 模型，它列出了七層。從下到上，層數是：

身體的

數據鏈接

網絡

運輸

會議

介紹

應用

物聯網也以多層模型表示。雖然有些使用OSI七層模型，但其他使用的包括：

三層模型：感知、網絡和應用

四層模型：感知、支撐、網絡和應用

五層模型：感知、傳輸、處理、應用和業務，或物理、數據鏈路、網絡、傳輸和應用

使用的協議通常因層而異。因此，物聯網生態系統可以有多種協議，不同的協議支持不同層的通信，一些協議跨層橋接。例如，藍牙和無線在最底層支持通信，而數據分發服務（DDS）和MQTT則在應用層工作。

最常見的協議

在構建網絡以服務于他們的物聯網生態系統時，技術人員可以從多種通信協議中進行選擇。最常見的包括以下內容。

1. AMQP

AMQP 是 Advanced Message Queuing Protocol 的縮寫，是一種開放標準協議，用于更多面向消息的中間件。因此，無論使用何種消息代理或平臺，它都允許系統之間的消息傳遞互操作性。它提供安全性和互操作性以及可靠性，即使是在遠距離或在較差的網絡上也是如此。即使系統不同時可用，它也支持通信。

2.藍牙和BLE

藍牙是一種使用短波超高頻無線電波的短距離無線技術。它最常用于音頻流，但它也已成為無線和連接設備的重要推動者。因此，這種低功耗、低范圍的連接選項是個人局域網和物聯網部署的首選。

另一種選擇是低功耗藍牙，稱為藍牙 LE 或 BLE，這是針對物聯網連接優化的新版本。顧名思義，BLE 的功耗低于標準藍牙，這使其在許多用例中特別有吸引力，例如消費者端的健康和健身追蹤器和智能家居設備以及商業端的店內導航。

3. 蜂窩

蜂窩是物聯網應用中最廣泛可用和最知名的選項之一，它是通信范圍更遠的部署的最佳選擇之一。盡管 2G 和 3G 傳統蜂窩標準現在正在逐步淘汰，但電信公司正在迅速擴大更新的高速標準的覆蓋范圍——即 4G/LTE 和 5G。蜂窩提供高帶寬和可靠的通信。它能夠發送大量數據，這是許多物聯網部署的重要功能。然而，這些功能是有代價的：比其他選項更高的成本和功耗。

4. 合作協議

IETF 受限 RESTful 環境工作組于 2013 年推出了 CoAP，用于受限應用協議，將其設計為與基于 HTTP 的物聯網系統一起使用。CoAP 依靠用戶數據報協議來建立安全通信并實現多點之間的數據傳輸。CoAP通常用于機器對機器(M2M) 應用程序，即使存在低帶寬、低可用性和/或低能耗設備，也能讓受限設備加入物聯網環境。

5. DDS

對象管理組 (OMG) 為實時系統開發了數據分發服務。OMG 將 DDS 描述為“用于以數據為中心的連接的中間件協議和 API 標準”，并解釋說“它將系統的組件集成在一起，提供低延遲的數據連接、極高的可靠性和可擴展的架構，業務和關鍵任務物聯網應用程序需要。” 該 M2M 標準使用發布-訂閱模式實現高性能和高度可擴展的實時數據交換。

6. LoRa和LoRaWAN

LoRa，即遠程，是一種非蜂窩無線技術，正如其名稱所描述的那樣，提供遠程通信功能。它為M2M應用程序和物聯網部署提供安全數據傳輸的低功耗。作為一項專有技術，它現在是 Semtech射頻平臺的一部分。Semtech是其創始成員的LoRa 聯盟現在是LoRa技術的管理機構。LoRa聯盟還設計并維護了LoRaWAN，這是一種基于云的開放協議，使設備能夠與 LoRa 進行通信。

7. LWM2M

OMA SpecWorks 將其輕量級 M2M (LWM2M) 描述為“為傳感器網絡和 M2M 環境需求而設計的設備管理協議”。該通信協議專為物聯網環境和其他 M2M 應用中的遠程設備管理和遙測而設計；因此，對于處理和存儲能力有限的低功耗設備來說，這是一個不錯的選擇。

8.MQTT

開發于1999年，最初被稱為消息隊列遙測傳輸，現在只是 MQTT。該協議中不再有任何消息排隊。MQTT 使用發布-訂閱架構來實現 M2M 通信。其簡單的消息傳遞協議適用于受限制的設備，并支持多個設備之間的通信。它旨在在低帶寬情況下工作，例如用于不可靠網絡上的傳感器和移動設備。該功能使其成為連接具有小代碼占用空間的設備以及由于帶寬限制或不可靠連接而具有不同延遲水平的無線網絡的普遍首選選項。MQTT 最初是一種專有協議，現在是連接物聯網和工業物聯網的領先開源協議 設備。

9. 無線網絡

鑒于其在家庭、商業和工業建筑中的普遍應用，Wi-Fi 是一種常用的物聯網協議。它提供快速的數據傳輸并能夠處理大量數據。Wi-Fi 特別適用于中短距離的 LAN 環境。此外，Wi-Fi 的多種標準——在家庭和一些企業中最常見的是 802.11n——為技術人員提供了部署選擇。然而，許多 Wi-Fi 標準，包括家庭中常用的標準，對于某些物聯網用例來說太耗電，尤其是低功耗/電池供電的設備。這限制了Wi-Fi作為某些部署的選項。此外，Wi-Fi 的低覆蓋范圍和低可擴展性也限制了其在許多物聯網部署中使用的可行性。

10. XMPP

追溯到 2000 年代初，Jabber 開源社區首次設計了可擴展消息傳遞和在線狀態協議 (XMPP)，用于實時人與人之間的通信，XMPP 現在用于輕量級中間件中的M2M 通信和路由 XML 數據. XMPP 支持網絡上多個實體之間結構化但可擴展的數據的實時交換，它最常用于面向消費者的物聯網部署，例如智能設備。它是 XMPP 標準基金會支持的開源協議。

11. Zigbee

Zigbee 是一種網狀網絡協議，專為建筑和家庭自動化應用而設計，是物聯網環境中最流行的網狀協議之一。Zigbee 是一種短距離和低功耗協議，可用于擴展多個設備之間的通信。它的范圍比 BLE 更長，但數據速率比 BLE 低。它由 Zigbee 聯盟監督，提供靈活的自組織網格、超低功耗和應用程序庫。

12. Z-Wave

另一個專有選項 Z-Wave 是一種基于低功耗射頻技術的無線網狀網絡通信協議。與藍牙和 Wi-Fi 一樣，Z-Wave 允許智能設備通過加密進行通信，從而為物聯網部署提供一定程度的安全性。它通常用于家庭自動化產品和安全系統，以及能源管理技術等商業應用。它在美國以 908.42 MHz 無線電頻率運行；但是，其頻率因國家/地區而異。Z-Wave 得到 Z-Wave 聯盟的支持，Z-Wave 聯盟是一個成員聯盟，致力于擴展使用 Z-Wave 的設備的技術和互操作性。

選擇正確的物聯網協議

沒有一種通信協議是最好的，也沒有一種協議適合每一種部署。

企業技術人員必須根據他們計劃的物聯網部署的獨特情況來確定哪種協議最適合他們的組織。這些決定應權衡一系列因素，從連接設備的電源需求和這些設備的位置，到部署所在的地理規模和功能，再到部署的安全要求。