常见的通讯协议介绍

为了方便，将物联网通信协议分为两大类，一类是接入协议，一类是通讯协议。接入协议一般负责子网内设备间的组网及通信；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。本文介绍以通讯协议为主。

先说接入协议

市场上常见的有zigbee、蓝牙以及wifi协议等。

一、zigbee

zigbee目前在工业控制领域应用广泛，在智能家居领域也有一定应用。它有以下主要优势：

1. 低成本。zigbee协议数据传输速率低，协议简单，所以开发成本也比较低。并且zigbee协议还免收专利费用~
2. 低功耗。由于zigbee协议传输速率低，节点所需的发射功率仅1mW，并采用休眠+唤醒模式，功耗极低。
3. 自组网。通过zigbee协议自带的mesh功能，一个子网络内可以支持多达65000个节点连接，可以快速实现一个大规模的传感网络。
4. 安全性。使用crc校验数据包的完整性，支持鉴权和认证，并且采用aes-128对传输数据进行加密。

zigbee协议的最佳应用场景是无线传感网络，比如水质监测、环境控制等节点之间需要自组网传输数据的工业场景中。在这些场景中zigbee协议的优势发挥的非常明显。

为什么厂商会抛弃使用比较广泛的wifi及蓝牙协议，而采用zigbee呢，主要有以下原因：

1. 刚才提到zigbee协议有很强的自组网能力，可以支持几万设备，特别对于小米这种想构建智能家居生态链的企业，wifi和蓝牙的设备连接数量目前都是硬伤。
2. 目前zigbee协议还很难轻易被破解，而其他协议在安全性上一直为人诟病。
3. 很多智能家居产品如门磁为了使用方便，一般采用内置电池。此时zigbee的超低功耗大大提升了产品体验。

但是zigbee协议也有不足，主要就是它虽然可以方便的组网但不能接入互联网，所以zigbee网络中必须有一个节点充当路由器的角色（比如小米智能家居套装中的智能网关），这提高了成本并且增加了用户使用门槛。同时由于zigbee协议数据传输速率低，对于大流量应用如流媒体、视频等，基本是不可能。

相对wifi和蓝牙协议这些年的快速发展和商业普及，zigbee协议尽管在威廉希尔官方网站 设计和架构上拥有很大优势，但是威廉希尔官方网站 更新太慢，同时在市场推广中也被竞争对手拉开了差距。后续zigbee协议在行业领域还是有很大空间，但是家用及消费领域要挑战wifi及蓝牙协议不是那么容易了。

二、蓝牙

蓝牙目前已经成为智能手机的标配通信组件，其迅速发展的原因包括：

1. 低功耗。我认为这是蓝牙4.0的大杀器~使用纽扣电池的蓝牙4.0设备可运行一年以上，这对不希望频繁充电的可穿戴设备具有十分大的吸引力。
2. 智能手机的普及。近年来支持蓝牙协议基本成为智能手机的标配，用户无需购买额外的接入模块。

三、、wifi

wifi协议和蓝牙协议一样，目前也得到了非常大的发展。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。

相当于蓝牙和zigbee，wifi协议的功耗成为其在物联网领域应用的一大瓶颈。但是随着现在各大芯片厂商陆续推出低功耗、低成本的wifi soc（如esp8266），这个问题也在逐渐被解决。

谁将一统江湖？

wifi协议和蓝牙协议谁会在物联网领域一统江湖？这是目前讨论比较多的一个话题。wifi和蓝牙的各自在威廉希尔官方网站 的优势双方都可以在协议升级的过程中互相完善，目前两个协议都在往“各取所长”的方向发展。最终谁能占据主导，可能更重要的是商业力量和市场决定的。短期内各个协议肯定是适用不同的场景，都有存在的价值。

再说通讯协议

对于物联网，最重要的是在互联网中设备与设备的通讯，现在物联网在internet通信中比较常见的通讯协议包括：HTTP、websocket、XMPP、COAP、MQTT

1、HTTP和websocket

在互联网时代，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威廉希尔官方网站 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“mission impossible”

所以，攀多物联团队在设计物联网云平台时，也只是在针对手机或PC的用户时，采用HTTP协议，针对设备的物联网接入没有采用HTTP协议。

当然，依然有不少厂商由于开发方便的原因，选择基于HTTP协议构架物联网系统，在设备资源允许的情况下，怎么避免上面提到的数据推送实时性低的问题呢？

websocket是一个可行的办法。websocket是HTML5提出的基于TCP之上的可支持全双工通信的协议标准，其在设计上基本遵循HTTP的思路，对于基于HTTP协议的物联网系统是一个很好的补充。

2、XMPP

由于物联网设备通信的模式和互联网中的即时通讯应用非常相似，互联网中常用的即时通讯协议也被大量运用于物联网系统构建中，这其中的典型是XMPP。

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。前段时间报出的黑客轻松破解的TCL洗衣机，正是采用XMPP协议。

无论是HTTP、websocket还是XMPP，在设计时都是根据互联网应用场景设计的，虽然很多厂商把他们应用在物联网系统中，但是必然会水土不服，这些协议的通病就是根本无法适用物联网设备的多样性，无法适用很多物联网设备对低功耗、低成本的需求，难以在极低资源的物联网设备中运用。能不能有协议既可以借用web威廉希尔官方网站 的设计思想，同时又能适应恶劣的物联网设备运行环境呢？

COAP协议应运而生了。

3、COAP

COAP协议的设计目标就是在低功耗低速率的设备上实现物联网通信。coap和HTTP协议一样，采用URL标示需要发送的数据，在协议格式的设计上也基本是参考HTTP协议，非常容易理解。同时做了以下几点优化：

1. 采用UDP而不是TCP。这省去了TCP建立连接的成本及协议栈的开销。
2. 将数据包头部都采用二进制压缩，减小数据量以适应低网络速率场景。
3. 发送和接收数据可以异步进行，这样提升了设备响应速度。

COAP协议就像一个针对物联网场景的http移植品，很多设计保留了HTTP协议的影子，拥有web背景的开发者也能快速上手。但是由于很多物联网设备隐藏在局域网内部，coap设备作为服务器无法被外部设备寻址，在ipv6没有普及之前，coap只能适用于局域网内部（如wifi）通信，这也很大限制了它的发展。

4、MQTT协议

MQTT协议就很好的解决了coap存在的问题。MQTT协议是由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。

当前的物联网通信协议真的是百花齐放，没有任何协议能够在市场上占有统治地位。但要实现物联网设备互联互通（不同厂商、不同平台、不同架构），关键点并不在上述接入协议或通讯协议的统一，而在于上层业务应用层协议的统一。无论是wifi、蓝牙、亦或是mqtt、http都是设备进行数据通讯和交换的通道，规定的是通讯的格式；而通讯的内容的统一才是实现互联互通的关键。

5、DDS

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：

• 以数据为中心

• 使用无代理的发布/订阅消息模式，点对点、点对多、多对多

• 提供多大21种QoS服务质量策略

协议主要实现：

• OpenDDS 是一个开源的 C++ 实现

• 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。