物聯(lián)網(wǎng)終端的種類非常多，包括物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、通信模塊以及大量的行業(yè)終端，其中尤以行業(yè)終端的種類最為豐富。通信模塊是物聯(lián)網(wǎng)應用終端的基礎。物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jù)終端環(huán)境的不同對通信協(xié)議的要求完全不一致。
那么物聯(lián)網(wǎng)都有哪些通信協(xié)議?
你都了解嗎?
他們適用的環(huán)境又是如何?
與互聯(lián)網(wǎng)時代TCP/IP，HTTP一統(tǒng)天下的局面不同，物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)，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。
1.REST(松耦合服務調用)
REST即表述性狀態(tài)傳遞(英文：Representational State Transfer，簡稱REST)是Roy Fielding博士在2000年他的博士論文中提出來的一種軟件架構風格。它是一種針對網(wǎng)絡應用的設計和開發(fā)方式，可以降低開發(fā)的復雜性，提高系統(tǒng)的可伸縮性。
而REST被應用于物聯(lián)網(wǎng)主要是基于HTTP web服務的轉化，因為REST模式的Web服務與復雜的SOAP和XML-RPC對比來講明顯的更加簡潔，越來越多的web服務開始采用REST風格設計和實現(xiàn)。
特點：
1. 給一切物體一個ID
2.連接物體在一起
3.使用標準方法
4.資源多重表述
5.無狀態(tài)通信
REST其實是互聯(lián)網(wǎng)中服務調用API封裝風格，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集到物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中，在物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中，可以通過開放REST API的方式，把數(shù)據(jù)服務開放出去，被互聯(lián)網(wǎng)中其他應用所調用，所以它非常利于服務平臺與物聯(lián)終端的獨立開發(fā)，但它的通訊數(shù)據(jù)量與API內容密切相關，且是一種無狀態(tài)通信，對安全機制需要重新設計。
2.CoAP協(xié)議
由于物聯(lián)網(wǎng)中的很多設備都是資源受限型的，即只有少量的內存空間和有限的計算能力，所以傳統(tǒng)的HTTP協(xié)議應用在物聯(lián)網(wǎng)上就顯得過于龐大而不適用。 IETF的CoRE工作組提出了一種基于REST架構的CoAP協(xié)議。
CoAP是一種應用層協(xié)議，它運行于UDP協(xié)議之上而不是像HTTP那樣運行于TCP之上。CoAP協(xié)議非常的小巧，最小的數(shù)據(jù)包僅為4字節(jié)。
CoAP協(xié)議是否可以替換HTTP協(xié)議?
CoAP并不能替代HTTP協(xié)議，但是對于那些小設備(256KB Flash 32KB RAM 20MHz主頻)而言CoAP的確是一個好的解決方案。
CoAP消息類型
CoAP采用和HTTP協(xié)議相同的請求響應工作模式。CoAP協(xié)議共有4中不同的消息類型。
CON——需要被確認的請求，如果CON請求被發(fā)送，那么對方必須做出響應。
NON——不需要被確認的請求，如果NON請求被發(fā)送，那么對方不必做出回應。
ACK——應答消息，如果接受到CON消息的響應。
RST——復位消息，當接收者接受到的消息包含一個錯誤，接受者解析消息或者不再關心發(fā)送者發(fā)送的內容，那么復位消息將會被發(fā)送。
CoAP消息結構
一個CoAP消息最小為4個字節(jié)，以下是CoAP協(xié)議不同部分的描述。
【版本Version】：類似于IPv6和IPv6，僅僅是一個版本號。
【消息類型Message Type】：CON，NON，ACK，RST。這些消息類型相當于HTTP協(xié)議的PUTGET等
【消息ID Message ID】：每個CoAP消息都有一個ID，在一次會話中ID總是保持不變。但是在這個會話之后該ID會被回收利用。
【標記 Token】：標記是ID的另一種表現(xiàn)、
【選項 Options】：CoAP選項類似于HTTP請求頭，它包括CoAP消息本身，例如CoAP端口號，CoAP主機和CoAP查詢字符串等。
【負載Payload】：真正有用的被交互的數(shù)據(jù)。
在當前由PC機組成的世界，信息交換是通過TCP和應用層協(xié)議HTTP實現(xiàn)的。但是對于小型設備而言，實現(xiàn)TCP和HTTP協(xié)議顯然是一個過分的要求。為了讓小設備可以接入互聯(lián)網(wǎng)，CoAP協(xié)議被設計出來。
3.MQTT協(xié)議(低帶寬)
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議)，是一種基于發(fā)布/訂閱(publish/subscribe)模式的“輕量級”通訊協(xié)議，該協(xié)議構建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。做為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。
MQTT協(xié)議運行在TCP/IP或其他網(wǎng)絡協(xié)議，提供有序、無損、雙向連接。其特點包括：
1)使用的發(fā)布/訂閱消息模式，它提供了一對多消息分發(fā)，以實現(xiàn)與應用程序的解耦。
2)對負載內容屏蔽的消息傳輸機制。
3)對傳輸消息有三種服務質量(QoS)：
最多一次，這一級別會發(fā)生消息丟失或重復，消息發(fā)布依賴于底層TCP/IP網(wǎng)絡。即：<=1
至多一次，這一級別會確保消息到達，但消息可能會重復。即：>=1
只有一次，確保消息只有一次到達。即：=1。在一些要求比較嚴格的計費系統(tǒng)中，可以使用此級別
4)數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議交換的最小化(協(xié)議頭部只有2字節(jié))，以減少網(wǎng)絡流量
5)通知機制，異常中斷時通知傳輸雙方
適用范圍：在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡下提供基于云平臺的遠程設備的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。
協(xié)議實現(xiàn)方式：
![]()
實現(xiàn)MQTT協(xié)議需要：客戶端和服務器端
MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者(Publish)、代理(Broker)(服務器)、訂閱者(Subscribe)。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發(fā)布者可以同時是訂閱者。
MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}(Topic)和負載(payload)兩部分
Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱(Subscribe)后，就會收到該主題的消息內容(payload)
payload，可以理解為消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容
MQTT協(xié)議一般適用于設備數(shù)據(jù)采集到端(Device-》Server，Device-》Gateway)，集中星型網(wǎng)絡架構(hub-and-spoke)，不適用設備與設備之間通信，設備控制能力弱，另外實時性較差，一般都在秒級。
4.DDS協(xié)議(高可靠性、實時)
數(shù)據(jù)分發(fā)服務DDS(Data Distribution Service)是對象管理組織(OMG)在HLA及CORBA等標準的基礎上制定的新一代分布式實時通信中間件技術規(guī)范，DDS采用發(fā)布/訂閱體系架構，強調以數(shù)據(jù)為中心，提供豐富的QoS服務質量策略，能保障數(shù)據(jù)進行實時、高效、靈活地分發(fā)，可滿足各種分布式實時通信應用需求。DDS信息分發(fā)中間件是一種輕便的、能夠提供實時信息傳送的中間件技術。
特點：
1) 靈活的發(fā)布/訂閱模式
2) 完整DDS規(guī)范QoS服務質量策略
3) 已擴展的QoS服務質量策略
4) 互操作
5) 強實時
6) 跨平臺
7) 支持多種底層物理通信協(xié)議
8) 仿真→測試→實裝的全生命周期支持
DDS很好地支持設備之間的數(shù)據(jù)分發(fā)和設備控制，設備和云端的數(shù)據(jù)傳輸，同時DDS的數(shù)據(jù)分發(fā)的實時效率非常高，能做到秒級內同時分發(fā)百萬條消息到眾多設備。DDS在服務質量(QoS)上提供非常多的保障途徑，這也是它適用于國防軍事、工業(yè)控制這些高可靠性、可安全性應用領域的原因。但這些應用都工作在有線網(wǎng)絡下，在無線網(wǎng)絡，特別是資源受限的情況下，沒有見到過實施案例。
5.AMQP協(xié)議(互操作性)
AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol,一個提供統(tǒng)一消息服務的應用層標準高級消息隊列協(xié)議,是應用層協(xié)議的一個開放標準,為面向消息的中間件設計。基于此協(xié)議的客戶端與消息中間件可傳遞消息，并不受客戶端/中間件不同產品，不同的開發(fā)語言等條件的限制。Erlang中的實現(xiàn)有 RabbitMQ等。
AMQP協(xié)議是一個二進制協(xié)議，擁有一些現(xiàn)代特點：多信道、協(xié)商式、異步、安全、跨平臺、中立、高效。
AMQP通常被劃分為三層：
模型層定義了一套命令(按功能分類)，客戶端應用可以利用這些命令來實現(xiàn)它的業(yè)務功能。
會話層負責將命令從客戶端應用傳遞給服務器，再將服務器的應答傳遞給客戶端應用，會話層為這個傳遞過程提供可靠性、同步機制和錯誤處理。
傳輸層提供幀處理、信道復用、錯誤檢測和數(shù)據(jù)表示。
實現(xiàn)者可以將傳輸層替換成任意傳輸協(xié)議，只要不改變AMQP協(xié)議中與客戶端應用程序相關的功能。實現(xiàn)者還可以使用其他高層協(xié)議中的會話層。
AMQP協(xié)議最早應用于金融系統(tǒng)之間的交易消息傳遞，在物聯(lián)網(wǎng)應用中，主要適用于移動手持設備與后臺數(shù)據(jù)中心的通信和分析。
6.XMPP協(xié)議(即時通信)
XMPP是一種基于標準通用標記語言的子集XML的協(xié)議，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的發(fā)展性。因此，基于XMPP的應用具有超強的可擴展性。經過擴展以后的XMPP可以通過發(fā)送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內容發(fā)布系統(tǒng)和基于地址的服務等應用程序。而且，XMPP包含了針對服務器端的軟件協(xié)議，使之能與另一個進行通話，這使得開發(fā)者更容易建立客戶應用程序或給一個配好系統(tǒng)添加功能。
特點：
1.客戶機/服務器通信模式
2.分布式網(wǎng)絡
3.簡單的客戶端，將大多數(shù)工作放在服務器端進行
4.標準通用標記語言的子集XML的數(shù)據(jù)格式
XMPP協(xié)議是自由、開放、公開的，并且易于了解。而且在客戶端、服務器、組件、源碼庫等方面，都已經各自有多種實現(xiàn)。但隨著通常超過70%的XMPP協(xié)議的服務器的數(shù)據(jù)流量的存在和近60%的被重復轉發(fā)，XMPP協(xié)議目前擁有一個大型架空中存在的數(shù)據(jù)提供給多個收件人。適用于即時通信的應用程序，還能用在網(wǎng)絡管理、內容供稿、協(xié)同工具、檔案共享、游戲、遠端系統(tǒng)監(jiān)控等。
|
