IOT（物联网）的七大通信协议

在物联网协议中，我们一般分为两大类，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；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讯

其中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。

IOT的七大通信协议:

1. REST/HTTP(松耦合服务调用)

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）客户端和服务器之间的交互在请求之间是无状态的。

（2）使用的是标准的 HTTP 方法，比如：GET、PUT、POST 和 DELETE。

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。

2. CoAP协议

CoAP (Constrained Application Protocol)

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：

　　（1）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。

　　（2）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，属于web架构

      （3）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。

　　（4）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。

　　（5）支持资源发现

　　（6）支持缓存：CoAP协议支持资源描述的缓存以优化其性能。

3. 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。

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”

　　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。

4. 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。

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。

5. AMQP协议(互操作性)

AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)，先进消息队列协议，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。

6. XMPP协议(即时通信)

XMPP(Extensible Messaging and Presence Protocol)可扩展通讯和表示协议，一个开源形式组织产生的网络即时通信协议。

适用范围：

即时通信的应用程序，还能用在网络管理、游戏、远端系统监控等。

7. JMS

JMS (Java Message Service)，即消息服务，这是JAVA平台中著名的消息队列协议。

Java消息服务应用程序接口，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。

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

　　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。

　　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。