物聯網中常用的協議及應用場景
時間：2023-10-31 來源：華清遠見
物聯網中常用的協議及應用場景
一、協議分層
物理層協議：NB-IoT，LORA，WIFI，藍牙，zigbee，4G，這幾個都需要芯片模組支持（硬件支持）
應用層協議：MQTT，COAP，HTTP，這些需要開發服務器，或者對接云平臺廠商（軟件支持）
二、物理層各個協議主要特點
NB-IoT與4G
低功耗：NB-IoT是一種低功耗廣域物聯網（LPWA）技術，專門設計用于電池供電的物聯網設備。它采用了優化的傳輸機制和低功耗模式，可以實現長達數年的電池壽命。而4G則相對較高功耗，通常用于需要更高數據速率和連接質量的應用。
速度和容量：NB-IoT的傳輸速度相對較低，適用于傳輸較小的數據量，如傳感器數據、簡單命令等。而4G提供更高的傳輸速率和容量，可以處理大量數據，適用于需要傳輸大文件或進行實時視頻傳輸等應用。
覆蓋范圍：NB-IoT在覆蓋范圍上具有優勢，可以實現較廣的物聯網區域覆蓋，包括室內和室外。4G網絡覆蓋更廣，但在某些偏遠地區或深度室內可能會存在信號弱的情況。
設備成本和部署復雜性：由于NB-IoT是為低成本部署設計的，因此相對較便宜。它的設備模組價格較低，并且部署相對簡單。4G設備成本較高，且部署相對復雜。
WIFI和zigbee
覆蓋范圍：WIFI通常適用于局域網（LAN）環境，其中包括家庭、辦公室和公共場所等。其覆蓋范圍相對較廣，可以覆蓋較大的空間。而Zigbee是一種低功耗、低數據速率的無線協議，主要適用于個人領域或小范圍應用，如智能家居和傳感器網絡。它的覆蓋范圍相對較小，適合于距離較近的設備之間進行通信。
低功耗：Zigbee在功耗和電池壽命方面表現出色，特別適用于電池供電的物聯網設備。它采用了低功耗模式和睡眠模式，可以實現長時間的電池壽命。相比之下，WIFI通常需要更高的功耗，對電池壽命的要求較高。
通信速率：WIFI通常具有較高的數據傳輸速率，適用于傳輸大量的數據，如影音娛樂、高清視頻和文件下載等。而Zigbee的數據傳輸速率較低，適用于傳輸小型數據包，如傳感器數據和簡單命令。它更關注低功耗和通信的穩定性。
互聯與擴展：WIFI設備通常可以通過路由器進行互聯，支持與其他WIFI設備的直接通信和互操作性。而Zigbee采用了網狀拓撲結構，使得設備之間可以形成自組織的網絡，可以支持大規模設備的互聯和擴展性。
LoRa WAN協議
LoRaWAN協議是由LoRa聯盟提出并推動的一種低功率廣域網協議
LoRa（Long Range）是一種無線通信技術，它具有使用距離遠、功耗低的特點。在上面的場景下，用戶就可以使用LoRaWAN技術進行組網，在工程設備上安裝支持LoRa的模塊。
通過LoRa的中繼設備將數據發往位于隧道外部的、有互聯網接入的LoRa網關，LoRa網關再將數據封裝成可以在IP網絡中通過TCP協議或者UDP協議傳輸的數據協議包（比如MQTT協議），然后發往云端的數據中心。
三、網絡層傳輸協議
TCP與UDP
TCP是一種面向連接、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議，UDP更適合對功率小、可靠性要求不高的場合
五、應用層協議：MQTT和COAP對比
1、MQTT
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸）是一種基于TCP協議的應用層傳輸協議，采用發布/訂閱模式。它的特點是輕量級、簡單、開放且易于實現，使得它適用于廣泛的應用場景。
MQTT在許多受限環境下得到廣泛應用，包括機器與機器（M2M）通信、物聯網（IoT）、衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居以及一些小型化設備。它的輕量級設計使得在具有帶寬限制或資源受限的網絡和設備中都能高效運行。
2、CoAP
CoAP（Constrained Application Protocol，受限應用協議）是一種建立在REST模型之上，專為輕量級M2M通信設計的網絡傳輸協議。由于物聯網中的很多設備只擁有少量的內存空間和有限的計算能力，因此傳統的HTTP協議在此場景下不適用，而CoAP應運而生。
從用戶可見性的角度，CoAP模擬了HTTP協議，因此讀取傳感器數據就像做一個HTTP請求一樣。
CoAP被認為是一種不會過時的技術協議。據Gartner預測，未來將有500億臺設備連接到互聯網，這將需要低成本、低能耗的設備，而CoAP的設計考慮到了這些需求。它被設計用于與10KB RAM類似的系統。
CoAP最有趣的特性之一是可以發現網絡中的節點。這對于低功耗無線傳感器網絡的自治和自我修復非常有用。使用CoAP協議可以解決無線傳感器網絡的可擴展性問題，并可以發現節點常規的冗余。
CoAP建立在UDP協議之上，這是與HTTP或MQTT相比最主要的區別。它可以更加快速和更好地進行資源優化，但在QoS保持不變的情況下，CoAP相比HTTP和MQTT更加不可靠。然而，對于連續流系統如環境監測傳感器網絡，4字節的頭部信息是一個不錯的選擇。
