對于軟件公司來說，IoT 模式為其硬件設計以及所提供的服務帶來決定性的改變。其中影響最大的一個方面是通信協議。

通信協議可以被認為是一種語言，即兩台或兩台以上的設備可以相互交流。同時無規矩不成方圓，通信協議也遵循一組規則，兩台設備會将有意義的信息傳遞給對方。在分布式系統中通信協議極為重要，相同的協議不同的部分在多個位置獨立運行。系統在運行進程時可能是多樣化的，因此在系統中需要保證一組通用的指令來通信。

IoT 之所以可以掀起熱潮，信息物理融合系統（Cyber-Physical Systems，簡稱CPS）功不可沒。物理設備連接到互聯網和傳遞數據及接收數據的概念基于 IoT 解決方案的真正地實現。與此同時，這也增加了現有的通信協議及互聯網的複雜性。

IoT 的發展曆程中帶來了很多可能性，但其中唯一可行的是機器與機器（M2M）通過互聯網實現實時有效連接。一台設備被連接到互聯網僅被認為是人際互動間的産物，而不是一個順其自然的結果。因此，協議與互聯網之間的通信總是在不可靠與緩慢的基礎上發展。

TCP/IP、UDP、HTTP、MQTT、CoAP這五種協議的概述

除了通信協議，互聯網協議體系結構的另一個方面是 TCP / IP 堆棧。它控制兩台計算機之間的數據傳輸。其中采用三次握手建立一個連接，其中涉及客戶端确認數據的接收且發送确認消息給服務器。第二次握手是服務器端接收到客戶端的數據後，返回确認回單，第三次是客戶端也返回一個确認回單給服務器端，從而關閉通信通道。

這種通信方法的優點具有可靠性，可共享所有被發送的數據，但因為其過程都需要驗證，所以消耗時間比較久。

用戶數據報協議（User Datagram Protocol，簡稱UDP）是一種比較快的通信方式，因為減少了确認程序。它是面向非連接的協議，它不與對方建立連接，而是直接就把數據包發送過去。因此，與 TCP/IP 相比，UDP 的可靠性相對不高，但是比較快。對于M2M 項目的快速原型，一個非常簡單的解決方案是使用 UDP，因為就 UDP 頭包含很少的字節，比 TCP 負載消耗少。

在IoT 開發中協議最大的不同是在 OSI 模型的應用程序層。這一層在通信網絡中指定了接口方法。系統如何連接服務器且數據如何發送都由這一層來決定。

其實最受歡迎的通信協議莫過于超文本傳輸協議（Hyper Text Transfer Protocol，簡稱HTTP）。主要應用于 web 浏覽器。它運行在一個客戶/服務器模型上，服務器響應任何的客戶端需求。因 web 網頁可能會加載很多内容，因此該協議有必要建立在 TCP/IP 堆棧之上。

MQ 遙測傳輸（MQ Telemetry Transport，簡稱MQTT）是一個面向 IoT 應用程序的輕量級連接協議。它基于 TCP/IP 網絡連接使用發布/訂閱方法來傳輸數據。設計思想是開放、簡單、輕量、易于實現，這也使它成為 IoT 開發的理想平台。

MQTT 很多有用的功能适用面向 IoT 應用程序。簡而言之，想象一個公告闆，無論什麼時候，你都可以在上面記錄或招貼。同時，對你所記錄的内容感興趣的任何人都可以看到。

MQTT 差不多就是這樣的功能。

MQTT 包括代理和客戶端兩個部分。客戶端可以訪問或修改設備的數據，代理是持有并傳遞數據。

MQTT 使用發布/訂閱消息模式。客戶端可以在一個話題（Topic）下面發布特定參數數據給代理。另一個對此話題感興趣的客戶可以訂閱該話題，并定期收到更新的消息。

MQTT 提供一個有質量的服務，從 IoT 角度來看，其本質是消息的優先級。在任何情況下一個重要的消息可以傳輸到目的地，因此有了服務質量（QoS），雖然傳輸速度會變慢但是交付有了保證。一個動态的數據源速度優先于效率，然而分配一個較低的 QoS，更像是一個“fire-and-forget”事件，如 UDP。

在一個主題下，MQTT 可以保留最後一個已收到的消息，前提是它發送給訂閱者訂閱鍊已啟動。這允許訂閱者在一個存在的客戶端和代理網絡中異步連接。這也為檢查冗餘及數據丢失提供了一個工具。

MQTT 客戶端有一個屬性稱之為 Last Will a和 Testament。該屬性允許客戶端在異常中斷的情況下發送通知給代理。這個快速的反饋有利于無線傳感器網絡自動再生，同時檢測并修複缺失節點和異常值，最終确保無線傳感器網絡中數據流完美循環。

CoAP 是一個基于 REST 模型的網絡傳輸協議。主要用于輕量級 M2M 通信。由于物聯網中的很多設備都是資源受限型的，即隻有少量的内存空間和有限的計算能力，所以傳統的 HTTP 協議應用在物聯網上就顯得過于龐大而不适用，CoAP 應運而生。

就用戶可見性而言，CoAP 模拟了 HTTP 協議，并從這個角度來看，讀數傳感器數據本質上是像做一個 HTTP 請求。

CoAP 被認為是一種不會過時的技術協議，根據 Grtner 預測，500 億台設備将會連接到互聯網，未來進一步發展将迫切需要低成本、低能耗的設備。CoAP協議被設計用于與 10 kb RAM 一樣的系統。

CoAP 更有趣的功能之一是能夠發現網絡中的節點。這對于低功耗無線傳感器網絡的自治和自我修複設計非常有用。關于無線傳感器網絡的可擴展性問題，可以使用 CoAP 協議來發現節點常規的冗餘。

CoAP 是建立在 UDP 棧上，這是與 HTTP 或 MQTT 相比最主要的區别。它可以更加快速和更好的資源優化，而非資源密集型。

然而，在 CoAP 協議下 QoS 因素保持不變情況下，CoAP 相比 HTTP/MQTT 更加不可靠。但是 4 字節的頭文件對于連續流系統如環境監測傳感器網絡是一個不錯的選擇。

來源：電子發燒友

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