“物”是物联网世界的主角，它们通过各种协议连接到互联网。通俗地说，就好像他们都说着各种“语言”，在各自的小范围内可以交流，但跨界就很难听懂对方的意思了。以至于我们今天构建的物联网仍然是一个孤立的世界。为了更好地理解这一点，让我们先了解一些基本概念。让我们谈谈什么是“协议”。《新华字典》中的解释是：协议是国家、政党或团体之间经过谈判协商达成的共识。用在物联网中，可以理解为“物”之间进行对话的文字约定。再来看看网络模型，最常见的有OSI模型（开放系统互连通信参考模型）和TCP/IP。开放系统互连参考模型（OSIModel：OpenSystemInterconnectionReferenceModel，ISO/IEC7498-1）是国际标准化组织提出的一种概念模型，可以使世界范围内的各种计算机互连成一个网络。标准框架。互联网协议族（InternetProtocolSuite）是一种网络通信模型，是一整套网络传输协议，是互联网的基本通信架构。它常被称为TCP/IP协议族（英文：TCP/IPProtocolSuite，或TCP/IPProtocols），简称TCP/IP。该协议族的两个核心协议：TCP（TransmissionControlProtocol）和IP（InternetProtocol），是该族最早采用的标准。这些协议最早起源于美国国防部（简称DoD）的ARPAnet项目，因此也被称为国防部模型（DoDModel）。该协议系列由Internet工程任务组维护。TCP/IP提供了一种点对点链接机制，以标准化数据在目的地应如何封装、寻址、传输、路由和接收。它将软件通信过程抽象为四个抽象层，采用协议栈的方法，分别实现不同的通信协议。协议族下的各种协议根据其功能的不同被归入这四种层次结构中，通常被看作是一个简化的七层OSI模型。这两个模型除了在计算机和通信领域使用这两个模型外，这两个模型在工业领域也很常用，用来解释各种工业协议。在物联网世界中，工业设备是重要的组成部分。IEEEIndustrialElectronics杂志有一篇文章《The Future of Industrial Communication》列出了一些协议和技术出现的时间。随着技术的发展，出现了多种协议以满足市场的需要。当今的物联网世界使用两大类协议：通信和工业。比如以太网，最早的通信协议，就是现在大名鼎鼎的以太网，它是一种物理层协议，为满足计算机之间的通信而制定，出现于1970年代。到2000年左右，以太网得到广泛应用，进入人们日常生活，深刻影响着当今世界。工业协议是工业界为了解决工业设备之间的通信而发展起来的。例如，Modbus是最早的工业协议之一，一种应用层串行通信协议，由Modicon（现为施耐德电气）于1979年发布，用于可编程逻辑控制器（PLC）通信。Modbus已经成为工业领域通信协议的行业标准，被电梯等行业广泛采用。工业协议有很多种，有的只在通信模型的某一层，有的会跨越好几层。从通信模型的概念来理解，各种类型的协议与上下层协议相互配合，以满足某类业务。要求，实现“物”之间的通信。以现场总线为例，看看工业协议的特点。现场总线是一种工业数据总线，主要解决这些现场控制设备与先进控制系统之间的数字通信和信息传递。现场总线用数字通信代替传统的4-20mA模拟信号和普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字化、双向、多站通信系统。每一种总线都有它的背景和应用领域。总线是为适应自动化发展的需要而产生的。由于不同领域的自动化需求各有特点，在某一领域产生的总线技术一般在该特定领域的满足度较高，应用较多。适用性较好。现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现节点间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。其特点是底层标准普遍规定，高层协议没有统一规定。因此，各个公司虽然使用同一条总线，但仍然无法相互通信，一般在某些特定领域的封闭系统中使用。每种总线大多都有其应用领域，如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet适用于楼宇、交通、农业等领域；DeviceNet和PROFIBUS-DP适用于加工制造业，这些划分并不是绝对的。各种现场总线都在努力扩大自己的应用领域，相互渗透。由于各国各公司的利益冲突，尽管国际电工委员会/国际标准协会（IEC/ISA）早在1984年就开始制定现场总线标准，但至今仍未完成统一的标准。许多公司也推出了自己的现场总线技术，但仍难以统一彼此的开放性和互操作性。工业协议有很多种，现场总线只是工业协议的一个分支。由于应用领域的差异，很难用一种技术协议来满足不同行业的需求。比如一些实时性要求高的，反馈信号和系统根据反馈信号做出的控制信号必须是及时的。在毫秒级，有些系统不太关心延迟。此外，不同的业务对成本和性能的要求也不同。有的对性能要求高，可以承受高成本，有的对成本敏感，但对性能要求不高。这些不同的需求导致了协议设计的不同思路。据不完全统计，目前应用于汽车、工控、智能楼宇等领域的工业协议有数百种。如果算上各个厂商衍生出来的标准协议的各种版本，总数是不计其数的。跨越行业边界需要对接各种协议，即将数据表示的意义转化为各自行业的规范。比如协议中规定“0”表示打开开关，“1”表示关闭开关，但另一个行业可能完全相反，相互通信时，必须“翻译””第一。最近物联网世界的通信协议中出现了LoRa、NB-IOT、MQTT、CoAP、AMQP等许多新名称，有的是物理层，有的是数据链路层或数据层.它们都是为了满足物联网的需求，将各种事物与*这些协议设计用于不同的事物。例如，低功耗广域网协议适用于传感器类型的“事物”。它们是比较轻量级，发送小数据包和低频数据。数据层的MQTT协议也是为计算能力有限，工作在低带宽和不可靠网络中的大量远程传感器和控制设备的通信而设计的协议。它具有三种消息发布服务质量：“最多一次”、“至少一次”、“仅一次”，例如一些位于偏远地区的电池供电传感器可能会丢失一些数据，但需要终端工作一段时间时间长，可以选择“最多一次”；“Onlyonce”，确保消息到达一次，这个级别可以用在计费系统中，以确保消息不会重复或丢失，这可能导致不正确的结果。与工业协议相比，通信协议从一开始就把互联互通放在了非常重要的位置。各个国际标准组织通过广泛征求各方意见制定了协议，使不同厂商的设备能够互通。各大厂商都深度参与标准的制定，以标准作为产品开发的依据，必须通过各种互操作性测试。在实际应用中，必须克服各种技术难点才能将系统连接起来。例如，普通用户在使用互联网时，不需要考虑底层网络是什么协议，设备是哪家公司生产的，甚至服务是哪个国家的运营商提供的，只要使用就可以了。目前，物联网中的各种事物仍然存在于相对封闭的网络中，难以跨越网络边界。根据通信协议的思想，工业物联网的发展需要一个支持多个厂商、协议、机构在同一个网络上共享的互操作系统。然而，以太网技术在工业领域的应用面临着诸多挑战，例如实时性是很多工业领域最重要的需求。标准以太网不是真正的实时系统。借用以太网的概念，PROFINET-isochronousrealtime(IRT)或EtherCAT被开发用于具有低延迟要求的领域，例如运动控制应用。目前市场上有非标准技术或非标准以太网。IEEE802.1Q制定的以太网时间敏感组网是业界对标准化实时以太网的探索。在网络协议层栈中，TSN位于标准以太网之上的第二层，即数据链路层。TSN从底层架构上改变以太网的不确定性，将其变成确定性网络。TSN作为底层通用架构，让更多企业能够在此架构上实现OT与IT的融合。这种融合增加了工业设备的连接性和多功能性，并为新业务提供了更快的途径，包括大数据分析和智能互联系统和机器。我们看到，当今物联网世界的协议种类繁多，每一种协议都有其特定的背景，在各自的层面和各个应用领域都发挥着重要的作用，同时也不可避免地需要与协议打交道在上层和下层。即使只谈某个层面，物联网世界的多协议结构——“多语言”还会存在吗？难不成什么语言都能“一统江湖”？例如，TSN雄心勃勃，想要一个基于标准架构的网络，也能提供可靠稳定的实时性能，为各行业重构提供解决方案。如果TSN被广泛采用，业界多年来形成的各种封闭系统有望被打开。但是，目前各个领域的市场占有者都会捍卫自己的地盘，捍卫自己的利益。没有足够的动力，他们是不会大力推广这项技术的。面对各行各业的巨大壁垒，后来进入的企业能否依靠TSN闯出自己的天地？物联网的世界很精彩，物联网的世界也很无奈。希望有一天，物与物之间的交流不再有障碍，可以轻松开发出大量精彩的应用，开创物联网的新纪元。
