随着物联网设备数量的不断增加，这些设备之间的通信或连接成为一个重要的考虑因素。通信对于物联网来说非常普遍且至关重要。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。在通信中，通信协议尤为重要，它是双方为完成通信或服务而必须遵守的规则和协议。本文介绍了几种具有不同性能、数据速率、覆盖范围、功率和内存的物联网通信协议，每种协议都有自己的优点和或多或少的缺点。这些通信协议有的只适用于小家电，有的则可以用于大型智慧城市项目。物联网通信协议分为两类，一类是接入协议，一类是通信协议。接入协议一般负责子网内设备之间的联网和通信；通信协议主要是运行在传统互联网TCP/IP协议之上的设备通信协议，负责设备之间通过互联网进行数据交换和通信。一、物理层、数据链路层协议1、远距离蜂窝通信(1)2G/3G/4G通信协议分别指第二代、第三代和第四代移动通信系统协议。（2）NB-IoT窄带物联网（NB-IoT）已成为万物互联的重要分支。NB-IoT建立在蜂窝网络之上，仅消耗大约180kHz的带宽。可直接部署在GSM网络、UMTS网络或LTE网络上，降低部署成本，实现平滑升级。NB-IoT专注于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一项可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速度快、成本低、功耗低、架构优良等特点。应用场景：NB-IoT网络带来的场景应用包括智能停车、智能消防、智能水务、智能路灯、共享单车、智能家电等。（3）5G第五代移动通信技术是最新一代的蜂窝移动通信技术。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节能、降低成本、增加系统容量和大规模设备连接。应用场景：AR/VR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、超高清/全景直播、个人AI辅助、智慧城市。2、远距离非蜂窝通信（1）WiFi由于近几年家庭WiFi路由器和智能手机的迅速普及，WiFi协议也被广泛应用于智能家居领域。WiFi协议最大的优点就是可以直接上网。与ZigBee相比，采用Wifi协议的智能家居解决方案省去了额外的网关，与蓝牙协议相比，消除了对手机等移动终端的依赖。商用WiFi在城市公交、商场等公共场所的覆盖，揭示了商用WiFi在场景中的应用潜力。(2)ZigBeeZigBee是一种用于低速短距离传输的无线通信协议。是一种高可靠的无线数据传输网络。低复杂性、快速、可靠和安全。ZigBee技术是最近出现的一种新型技术，主要依靠无线网络进行传输，可以近距离进行无线连接，属于无线网络通信技术。ZigBee技术的先天优势使其逐渐成为物联网行业的主流技术，在工业、农业、智能家居等领域得到广泛应用。(3)LoRaLoRa?（LongRange，远距离）是一种调制技术，可提供比同类技术更远的通信距离。物联网产品广泛应用于LoRa网关、烟雾探测器、水质监测、红外探测、定位、插排等。作为一种窄带无线技术，LoRa利用到达时间差进行地理定位。LoRa定位应用场景：智慧城市与交通监控、计量与物流、农业定位监控。3.近距离通信(1)RFID射频识别(RFID)是RadioFrequencyIdentification的缩写。其原理是在读写器与标签之间进行非接触式数据通信，以达到识别目标的目的。RFID应用范围广泛，典型应用包括动物芯片、汽车芯片防盗器、门禁、停车场控制、生产线自动化、物料管理等。一个完整的RFID系统由三部分组成：Reader、Tag和数据管理系统。(2)NFCNFC的中文全称是NearFieldCommunicationTechnology。NFC是在非接触式射频识别（RFID）技术的基础上结合无线互联技术发展起来的。它为我们日常生活中越来越流行的各种电子产品提供了一种非常安全和快速的通信方式。NFC中文名称中的“近场”是指接近电磁场的无线电波。应用场景：应用于门禁、考勤、访客、会议签到、巡更等领域。NFC具有人机交互、机器与机器交互等功能。(3)蓝牙蓝牙技术是一种开放的全球无线数据和语音通信规范。它基于低成本的短距离无线连接和特殊的短距离无线技术连接，为固定和移动设备建立通信环境。蓝牙使包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑和相关外围设备在内的许多设备之间能够进行无线信息交换。“蓝牙”技术的使用，可以有效简化移动通信终端设备之间的通信，也可以成功地简化设备与互联网的通信，使数据传输变得更快、更高效，为无线通信拓宽了道路。4、有线通信（1）USBUSB，通用串行总线（UniversalSerialBus）的缩写，是一种外部总线标准，用于规范计算机与外部设备的连接和通信。它是应用于PC领域的一种接口技术。(2)串口通信协议串口通信协议是指规定数据包内容的相关规范，包括起始位、主要数据、校验位和停止位。双方需要约定一致的数据包格式才能正常收发数据。.在串行通信中，常用的协议有RS-232、RS-422和RS-485。串口通信是指在外围设备与计算机之间通过数据线逐位传输数据的一种通信方式。这种通信方式使用的数据线较少，在远距离通信中可以节省通信费用，但其传输速度低于并行传输。大多数计算机（不包括笔记本电脑）包括两个RS-232串行端口。串行通信也是仪器设备常用的通信协议。(3)以太网以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE802.3标准制定了以太网的技术标准，规定了连接、电信号和包括物理层在内的媒体访问层协议的内容。(4)MBusMBus远传抄表系统(symphonicmbus)，是欧标2线总线，主要用于热量表、水表等消耗计量仪表。二、网络层、传输协议1、IPv4Internet通信协议第四版是Internet协议发展过程中的第四次修订版本，也是该协议第一个广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心，也是应用最广泛的互联网协议第2版和IPv6互联网协议第6版。IPv4最大的问题是网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用不仅可以解决网络地址资源的数量问题，还可以解决多种接入设备接入互联网的障碍。3.TCP传输控制协议（TCP，TransmissionControlProtocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP旨在容纳支持多个网络应用程序的分层协议层次结构。TCP用于在连接到不同但互连的计算机通信网络的主机中的成对进程之间提供可靠的通信服务。TCP假定它可以从较低级别的协议获得简单的、可能不可靠的数据报服务。4、6LoWPAN6LoWPAN是基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6overIEEE802.15.4。三、应用层协议1、MQTT协议MQTT（MessageQueueTelemetryTransport），翻译成中文，是一种遥测传输协议，主要提供订阅/发布两种消息模式，更加简单、轻量、易用，特别适用于受限环境（低带宽、高网络延迟、网络通信不稳定）下的消息分发，是物联网的标准传输协议。在许多情况下，包括受限环境，例如机器对机器(M2M)通信和物联网(IoT)。它广泛用于通过卫星链路通信的传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居和一些小型化设备。2.CoAP协议CoAP（ConstrainedApplicationProtocol）是物联网世界中的类Web协议，适用于需要通过标准互联网进行远程控制或监控的小型和低功耗传感器、开关、阀门和类似组件网络。不支持的类型可能不响应3.REST/HTTP协议RESTful是一种基于资源的软件架构风格。所谓资源，就是网络上的一个实体，或者说是网络上的一条特定信息。一张照片，一首歌是一种资源。RESTfulAPI是基于HTTP协议的一种实现。（HTTP是应用层协议，特点是简单、快速）。符合Rest规范的应用或设计就是RESTful，按照Rest规范设计的API称为RESTfulAPI4、DDS协议DDS（DataDistributionService）分布式实时数据分发服务中间件协议，即“TCP/IP”用于解决实时网络中的网络协议互连，其作用相当于“总线上的总线”。5、AMQP协议AMQP，即AdvancedMessageQueuingProtocol，是一种提供统一消息服务的应用层标准高级消息队列协议。它是应用层协议的开放标准，专为面向消息的中间件而设计。基于该协议的客户端和消息中间件可以传输消息，不受不同客户端/中间件产品、不同开发语言等条件的限制。在Erlang中的实现有RabbitMQ等。6.XMPP协议XMPP是一种基于XML的协议，是标准通用标记语言的一个子集，它继承了XML环境下的灵活发展。因此，基于XMPP的应用程序具有超强的可扩展性。扩展的XMPP可以通过发送扩展信息来处理用户的需求，并在XMPP之上构建内容发布系统和基于地址的服务等应用。四、部分通信协议的比较1、NB-IoT协议与LoRa协议的比较首先是频段。LoRa工作在1GHz以下免授权频段，应用无需额外付费。NB-IoT和蜂窝通信使用的1GHz以下频段是2113授权的，需要收费。第二，电池寿命。LoRa模块在处理干扰、网络重叠、可扩展性等方面具有独特的特性，但它们无法提供与蜂窝协议相同的服务质量。出于服务质量的考虑，NB-IoT无法提供与LoRa相同的电池寿命。第三，设备成本。对于终端节点，LoRa协议比NB-IoT更简单易开发，对微处理器的适用性和兼容性更强。同时，市场上已经可以找到成本低廉、技术相对成熟的LoRa模块，并且还会陆续推出升级版本。第四，网络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准于2016年公布，除了网络部署，相应的商用化和产业链的建立还需要更多的时间和精力去探索。LoRa整个产业链已经比较成熟，产品也处于“蓄势待发”的状态。同时，全球多个国家正在进行或已经完成了全国性的网络部署。2、蓝牙、WiFi、ZigBee协议比较目前WiFi的优势在于应用广泛，已经普及到千家万户；ZigBee的优点是低功耗和adhoc组网；UWB无载波无线通信技术的优势在于传输速率；蓝牙的优点简单联网。但是，这三种技术也各有不足，没有一种能够完全满足智能家居的所有要求。蓝牙技术的出现使近距离无线通信成为可能，但其协议较为复杂、功耗大、成本高，不适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络。尤其是蓝牙最大的障碍是传输范围有限，一般有效范围在10米左右，抗干扰能力弱、信息安全问题等问题也是制约其进一步发展和大规模应用的主要因素。WiFi也是一种近距离无线传输技术，可以随时接入无线信号，移动性强，更适合办公和家庭环境的应用。当然，WiFi也有一个致命的缺陷。由于WiFi采用射频技术，通过空气发送和接收数据，利用无线电波传输数据信号，相对容易受到外界干扰。ZigBee是国际公认的无线通信技术。其每个网口最多可接入65000多个端口，适合家庭、工业、农业等多个领域使用，而蓝牙、WiFi网络终端只能接入10个端口。港口，显然不能满足家庭需要。ZigBee还具有低功耗和低成本的优点。3、MQTT协议与CoAP协议的比较MQTT是一种多对多的通信协议，用于通过一个中间代理在不同的客户端之间传递消息，将生产者和消费者解耦，让代理决定路由并通过使客户端发布。虽然MQTT支持一些持久化，但最好用作实时数据通信总线。CoAP主要是一种点对点协议，用于在客户端和服务器之间传输状态信息。在支持观察资源的同时，CoAP最适合有状态的传输模型，而不是完全基于事件。MQTT客户端建立一个长寿命的TCP连接，这通常表示没有问题。CoAP客户端和服务器都发送和接收UDP数据包。在NAT环境中，可以使用隧道或端口转发来允许CoAP，或者像LWM2M一样，设备可能首先初始化前端连接。MQTT不支持消息类型标签或其他元数据来帮助客户端理解。MQTT消息可以用于任何目的，但所有客户端必须向上知道数据的格式才能进行通信。相比之下，CoAP为内容协商和发现提供内置支持，允许设备相互探测以找到交换数据的方法。两种协议各有优缺点，选择合适的协议取决于您自己的应用。
