物联网IoT常见的物联网协议

1.MQTT协议

MQTT协议（Message Queue Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是IBM的Andy Stanford-Clark和Arcom的Arlen Nipper于1999年为了一个通过卫星网络连接输油管道的项目开发的。为了满足低电量消耗和低网络带宽的需求，MQTT协议在设计之初就包含了以下几个特点：

§实现简单

§提供数据传输的QoS

§轻量、占用带宽低

§可传输任意类型的数据

§可保持的会话（Session）

随着多年的发展，MQTT协议的重点不再只是嵌入式系统，而是更广泛的物联网世界。

简单来说，MQTT协议有以下特性：

§基于TCP协议的应用层协议

§采用C/S架构

§使用订阅/发布模式，将消息的发送方和接受方解耦

§提供3种消息的QoS（Quality of Service）：至多一次、最少一次、只有一次

§收发消息都是异步的，发送方不需要等待接收方应答

MQTT协议的架构由Broker和连接到Broker的多个Client组成，如下图所示：

MQTT协议可以为大量的低功率、工作网络环境不可靠的物联网设备提供通信保障。而它在移动互联网领域也大有作为，很多Android App的推送功能都是基于MQTT协议实现的，一些IM的实现也是基于MQTT协议的。

2.MQTT-SN协议

MQTT-SN（MQTT for Sensor Network）协议是MQTT协议的传感器版本。MQTT协议虽然是轻量的应用层协议，但是MQTT协议是运行于TCP协议栈之上的，TCP协议对于某些计算能力和电量非常有限的设备来说，比如传感器，就不太适用了。

MQTT-SN运行在UDP协议上，同时保留了MQTT协议的大部分信令和特性，如订阅和发布等。MQTT-SN协议引入了MQTT-SN网关这一角色，网关负责把

MQTT-SN协议转换为MQTT协议，并和远端的MQTT Broker进行通信。MQTT-SN协议支持网关的自动发现。MQTT-SN协议的通信模型如下图所示：

3.CoAP协议

CoAP（Constrained Application Protocol）协议是一种运行在资源比较紧张的设备上的协议。CoAP协议通常也是运行在UD P协议上的。

CoAP协议设计得非常小巧，最小的数据包只有4个字节。CoAP协议采用C/S架构，使用类似于H TTP协议的请求-响应的交互模式。设备可以通过类似于coap://192.168.1.150:5683/2ndfloor/temperature的URL来标识一个实体，并使用类似于H TTP的P U T、GE T、P O ST、DELE T请求指令来获取或者修改这个实体的状态。

同时，CoAP提供一种观察模式，观察者可以通过O BS ERVE指令向CoAP服务器指明观察的实体对象。当实体对象的状态发生变化时，观察者就可以收到实体对象的最新状态，类似于MQTT协议中的订阅功能。CoAP协议的通信模型如下图所示：

4.LwM2M协议

Lw M2M（ L ig h t w eig h t Mac h ine-To-Mac h ine ）协议是由O pen Mo b ile Alliance（O MA）定义的一套适用于物联网的轻量级协议。它使用RE STful接口，

提供设备的接入、管理和通信功能，也适用于资源比较紧张的设备。Lw M2M协议的架构如下图所示：

Lw M2M协议底层使用CoAP协议传输数据和信令。而在Lw M2M协议的架构中，

CoAP协议可以运行在UD P或者SMS（短信）之上，通过D T L S（数据报传输层安全）

来实现数据的安全传输。

Lw M2M协议架构主要包含3种实体——Lw M2M Bootstrap Server、Lw M2M Server

和Lw M2M Client。

Lw M2M Bootstrap Server负责引导Lw M2M Client注册并接入Lw M2M Server，

之后Lw M2M Server和Lw M2M Client就可以通过协议指定的接口进行交互了。

5.HTTP协议

物联网也是互联网，H TTP这个在互联网中广泛应用的协议，在合适的环境下也

可以应用到物联网中。

在一些计算和硬件资源比较充沛的设备上，比如运行安卓操作系统的设备，完全可以使用H TTP协议上传和下载数据，就好像在开发移动应用一样。设备也可以使用运行在H TTP协议上的W e b Socket主动接收来自服务器的数据。

6.LoRaWAN协议

L o R a W AN协议是由L o R a联盟提出并推动的一种低功率广域网协议，它和我们之前介绍的几种协议有所不同。MQTT协议、CoAP协议都是运行在应用层，底层使用TCP协议或者UD P协议进行数据传输，整个协议栈运行在IP网络上。而L o R a W AN协议则是物理层/数据链路层协议，它解决的是设备如何接入互联网的问题，并不运行在IP网络上。

L o R a（L ong R ange）是一种无线通信技术，它具有使用距离远、功耗低的特点。在上面的场景下，用户就可以使用L o R a W AN技术进行组网，在工程设备上安装支持L o R a的模块。

通过L o R a的中继设备将数据发往位于隧道外部的、有互联网接入的L o R a网关，L o R a网关再将数据封装成可以在IP网络中通过TCP协议或者UD P协议传输的数据协议包（比如MQTT协议），然后发往云端的数据中心。

7.NB-IoT协议

NB-IoT（Narro w Band Internet of T h ings）协议和L o R a W AN协议一样，是将设备接入互联网的物理层/数据链路层的协议。

与L o R A不同的是，NB-IoT协议构建和运行在蜂窝网络上，消耗的带宽较低，可以直接部署到现有的G SM网络或者L T E网络。设备安装支持NB-IoT的芯片和相应的物联网卡，然后连接到NB-IoT基站就可以接入互联网。而且NB-IoT协议不像L o R a W AN协议那样需要网关进行协议转换，接入的设备可以直接使用IP网络进行数据传输。