1. MQTT協議

MQTT協議（Message Queue Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議）是IBM的Andy Stanford-Clark和Arcom的Arlen Nipper于1999年為了一個通過衛星網絡連接輸油管道的項目開發的。為了滿足低電量消耗和低網絡帶寬的需求，MQTT協議在設計之初就包含了以下幾個特點：

實現簡單

提供數據傳輸的QoS

輕量、占用帶寬低

可傳輸任意類型的數據

可保持的會話（Session）

隨著多年的發展，MQTT協議的重點不再只是嵌入式系統，而是更廣泛的物聯網世界。

簡單來說，MQTT協議有以下特性：

基于TCP協議的應用層協議

采用C/S架構

使用訂閱/發布模式，將消息的發送方和接受方解耦

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

收發消息都是異步的，發送方不需要等待接收方應答

MQTT協議的架構由Broker和連接到Broker的多個Client組成，如圖2-1所示。

MQTT協議可以為大量的低功率、工作網絡環境不可靠的物聯網設備提供通信保障。而它在移動互聯網領域也大有作為，很多Android App的推送功能都是基于MQTT協議實現的，一些IM的實現也是基于MQTT協議的。

2. MQTT-SN協議

MQTT-SN（MQTT for Sensor Network）協議是MQTT協議的傳感器版本。MQTT協議雖然是輕量的應用層協議，但是MQTT協議是運行于TCP協議棧之上的，TCP協議對于某些計算能力和電量非常有限的設備來說，比如傳感器，就不太適用了。

MQTT-SN運行在UDP協議上，同時保留了MQTT協議的大部分信令和特性，如訂閱和發布等。MQTT-SN協議引入了MQTT-SN網關這一角色，網關負責把MQTT-SN協議轉換為MQTT協議，并和遠端的MQTT Broker進行通信。MQTT-SN協議支持網關的自動發現。MQTT-SN協議的通信模型如圖2-2所示。

3. CoAP協議

CoAP（Constrained Application Protocol）協議是一種運行在資源比較緊張的設備上的協議。CoAP協議通常也是運行在UDP協議上的。

CoAP協議設計得非常小巧，最小的數據包只有4個字節。CoAP協議采用C/S架構，使用類似于HTTP協議的請求-響應的交互模式。設備可以通過類似于coap://192.168.1.150:5683/2ndfloor/temperature的URL來標識一個實體，并使用類似于HTTP的PUT、GET、POST、DELET請求指令來獲取或者修改這個實體的狀態。

同時，CoAP提供一種觀察模式，觀察者可以通過OBSERVE指令向CoAP服務器指明觀察的實體對象。當實體對象的狀態發生變化時，觀察者就可以收到實體對象的最新狀態，類似于MQTT協議中的訂閱功能。CoAP協議的通信模型如圖2-3所示。

4. LwM2M協議

LwM2M（ Lightweight Machine-To-Machine ）協議是由Open Mobile Alliance（OMA）定義的一套適用于物聯網的輕量級協議。它使用RESTful接口，提供設備的接入、管理和通信功能，也適用于資源比較緊張的設備。LwM2M協議的架構如圖2-4所示。

LwM2M協議底層使用CoAP協議傳輸數據和信令。而在LwM2M協議的架構中，CoAP協議可以運行在UDP或者SMS（短信）之上，通過DTLS（數據報傳輸層安全）來實現數據的安全傳輸。

LwM2M協議架構主要包含3種實體——LwM2M Bootstrap Server、LwM2M Server和LwM2M Client。

LwM2M Bootstrap Server負責引導LwM2M Client注冊并接入LwM2M Server，之后LwM2M Server和LwM2M Client就可以通過協議指定的接口進行交互了。

5. HTTP協議

正如我們之前所講，物聯網也是互聯網，HTTP這個在互聯網中廣泛應用的協議，在合適的環境下也可以應用到物聯網中。

在一些計算和硬件資源比較充沛的設備上，比如運行安卓操作系統的設備，完全可以使用HTTP協議上傳和下載數據，就好像在開發移動應用一樣。設備也可以使用運行在HTTP協議上的WebSocket主動接收來自服務器的數據。

6. LoRaWAN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，它和我們之前介紹的幾種協議有所不同。MQTT協議、CoAP協議都是運行在應用層，底層使用TCP協議或者UDP協議進行數據傳輸，整個協議棧運行在IP網絡上。而LoRaWAN協議則是物理層/數據鏈路層協議，它解決的是設備如何接入互聯網的問題，并不運行在IP網絡上。

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。

7. NB-IoT協議

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）協議和LoRaWAN協議一樣，是將設備接入互聯網的物理層/數據鏈路層的協議。

與LoRA不同的是，NB-IoT協議構建和運行在蜂窩網絡上，消耗的帶寬較低，可以直接部署到現有的GSM網絡或者LTE網絡。設備安裝支持NB-IoT的芯片和相應的物聯網卡，然后連接到NB-IoT基站就可以接入互聯網。而且NB-IoT協議不像LoRaWAN協議那樣需要網關進行協議轉換，接入的設備可以直接使用IP網絡進行數據傳輸。

NB-IoT協議相比傳統的基站，增益提高了約20dB，可以覆蓋到地下車庫、管道、地下室等之前信號難以覆蓋的地方。

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