iot 的 10 种常见协议，特点，组网模式及其使用场景
物联网（IoT）的发展带来了多种协议，用于设备间的通信与数据交换。以下是一些常见的 IoT 协议及其组网模式：
1. MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）
协议特点：
轻量级的发布/订阅消息传输协议。
设计用于高延迟或不可靠的网络环境。
支持一对多的消息分发，可以减少网络带宽的占用。
组网模式：
MQTT 通常工作在客户端-服务器模型上，其中 MQTT 客户端与 MQTT 代理（Broker）连接，然后发布或订阅主题。
组网示例：
在 MQTT 中，设备作为客户端发布消息到一个中央代理（Broker），其他设备可以订阅这些消息。Broker 负责消息的分发。
特点：
数据传输需求：适用于小至中型数据负载，优化了数据包以减少网络带宽占用。
功耗限制：设计轻量，适用于电池供电的设备。
通信距离：依赖于底层网络，可通过 Internet 实现全球范围。
设备能力：适用于计算能力有限的设备。
2. CoAP（Constrained Application Protocol）
协议特点：
专为小型设备设计的 Web 传输协议。
基于 REST 模型，适用于资源受限的设备和网络。
支持 GET, POST, PUT, DELETE 操作。
组网模式：
CoAP 也是基于客户端-服务器架构的，但它支持资源发现和组播通信，允许设备作为服务器。
组网示例：
CoAP 遵循传统的客户端-服务器模型，但也可以进行资源发现和组播通信。
特点：
数据传输需求：适用于小型数据传输，使用 UDP 减少开销。
功耗限制：非常适合低功耗设备和资源受限网络。
通信距离：主要用于局部网络，但也可以通过代理跨越互联网。
设备能力：适合资源受限设备，如 8 位微控制器。
3. HTTP/HTTPS
协议特点：
超文本传输协议（HTTP）是一种用于分布式、协作和超媒体信息系统的应用层协议。
HTTPS 是 HTTP 的安全版本，它通过 SSL/TLS 进行加密。
组网模式：
HTTP/HTTPS 主要基于客户端-服务器模型，其中 Web 服务器处理客户端请求并发送响应。
组网示例：
HTTP/HTTPS 是基于请求/响应模式的协议，客户端发起请求，服务器响应请求。
特点：
数据传输需求：适用于中至大型数据负载，通常用于复杂文本或多媒体内容传输。
功耗限制：功耗相对较高，不适合电池供电的设备长期使用。
通信距离：基于 Internet，全球范围。
设备能力：需要能处理 TCP/IP 堆栈的设备。
4. WebSocket
协议特点：
提供全双工通信渠道，可以在客户端和服务器之间建立持久连接。
允许服务器主动发送信息给客户端。
组网模式：
WebSocket 协议是基于 TCP 的，它开始于 HTTP 握手，然后升级到 WebSocket 连接，允许双向通信。
组网示例：
WebSocket 建立起一个持久的全双工通信通道，允许服务器和客户端之间的双向实时通信。
特点：
数据传输需求：支持实时数据流，适用于连续数据传输。
功耗限制：因为持续的连接状态，可能比请求-应答协议消耗更多电力。
通信距离：基于 Internet，可以实现很远距离的通信。
设备能力：设备需要有处理持续连接的能力。
5. Bluetooth Low Energy (BLE)
协议特点：
面向极低功耗应用的无线个人局域网技术。
设计用于简短距离的通信。
组网模式：
BLE 设备可以在点对点（P2P）、广播（Broadcast）和网状（Mesh）模式下工作。
组网示例：
BLE 通常在一个主设备与多个从设备之间建立连接，但也支持广播和网状网络模式。
特点：
数据传输需求：适用于周期性小数据传输。
功耗限制：非常低的功耗，适合小型电池供电设备。
通信距离：通常在 10 到 100 米之间，取决于环境因素和设备类型。
设备能力：适用于计算能力和存储空间受限的设备。
6. Zigbee
协议特点：
基于 IEEE 802.15.4 标准的高级通信协议。
专为低功耗、低数据速率和近距离（如家庭自动化）的无线个人局域网设计。
组网模式：
Zigbee 设备能够形成三种类型的网络：星形网络、树形网络和网状网络。
组网示例：
Zigbee 支持星形、树形和网状网络拓扑。
特点：
数据传输需求：支持小至中等数据负载，适合传感器数据和控制指令。
功耗限制：设计用于低功耗设备，电池寿命可以达到数年。
通信距离：几十米内，通过网状网络扩展覆盖范围。
设备能力：适用于资源受限的设备。
7. Z-Wave
协议特点：
面向家庭自动化的无线通信协议。
低功耗，专为小型智能设备设计。
组网模式：
Z-Wave 通常组建成一个星形网络，但也支持网状网络拓扑以扩展覆盖范围。
组网示例：
Z-Wave 网络同样支持星形和网状拓扑。
特点：
数据传输需求：与 Zigbee 类似，适用于中等大小的数据负载。
功耗限制：低功耗设计，电池寿命较长。
通信距离：户内通常在 30 米内，户外可达 100 米。
设备能力：主要用于简单的家用自动化设备。
8. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)
协议特点：
一种低功耗广域网通信技术。
适用于远距离通信和低功耗设备。
组网模式：
LoRaWAN 通常形成星形网络，其中端设备通过 LoRa 传输技术与网关通信，网关再将数据传送到中心服务器。
组网示例：
LoRaWAN 设备通过无线方式连接到网关，网关再将数据传输到中央网络服务器。
特点：
数据传输需求：适用于小数据包传输，如传感器数据。
功耗限制：非常低的功耗，适合远距离的电池供电设备。
通信距离：可达几公里甚至更远。
设备能力：适用于计算能力和存储空间非常有限的设备。
9. NFC (Near Field Communication)
协议特点：
使设备能在几厘米的距离内进行通信的短距离无线通信技术。
通常用于接触式支付系统、电子身份文档等。
组网模式：
NFC 主要用于点对点通信。
组网示例：
NFC 是用于两个设备在近距离内进行通信的协议。
特点：
数据传输需求：非常小的数据负载，通常用于快速数据交换。
功耗限制：非常低，一些 NFC 设备甚至可以通过近场通信本身的能量驱动。
通信距离：非常短，一般在几厘米内。
设备能力：适用于简单的互动任务，如支付和配对。
10. Thread
协议特点：
基于 IP 的、低功耗、无线网络协议。
专为家庭自动化、建筑自动化和互联家电设计。
组网模式：
Thread 设计用于创建和维护大量设备的网状网络。
组网示例：
Thread 设计用于创建一个自我恢复的网状网络，其中每个设备都可以与其他设备直接通信。
特点：
数据传输需求：适用于低至中等数据负载，特别是在家庭自动化中。
功耗限制：低功耗，适合家居设备和商业自动化。
通信距离：可通过网状拓扑覆盖大范围。
设备能力：支持 IPv6，需要具备一定的计算能力。
每种协议都有其优势和用途，选择合适的协议通常需要在这些特点之间做出权衡。例如，如果设备的电源有限，你可能会倾向于选择 BLE 或 LoRaWAN 这样的低功耗协议。如果需要覆盖较大范围，则 LoRaWAN 可能是更好的选择。而对于需要处理复杂信息或集成到现有 Web 基础设施的应用，HTTP/HTTPS 或 WebSocket 可能更合适。
以上描述的组网模式可以用图表软件（如 Visio、Lucidchart 等）来绘制出直观的拓扑图。每个设备可以用一个节点来表示，而连接则可以用线或者箭头来表示。对于星形网络，中心节点通常是协调器或者网关；对于网状网络，每个节点都与周围的多个节点相连，形成一个网状结构。
二.使用场景和示例
了解各种物联网（IoT）协议的组网模式，特点，有助于选择最适合特定应用的通信方法。下面是一些常见协议的使用场景和示例：
1. MQTT
使用场景：
远程监控
家庭自动化
物流跟踪
连接带宽受限或网络不稳定的设备
示例：
智能温室内的传感器使用 MQTT 协议将温度和湿度数据发送到中央服务器进行分析和监控。
2. CoAP
使用场景：
低功耗设备网络
智能城市和智能照明
限制性环境如传感器网络
示例：
城市街道上的智能路灯通过 CoAP 报告其状态并接收控制命令。
3. HTTP/HTTPS
使用场景：
互联网集成服务
网页交互
云服务交互
示例：
智能家电（如烤箱或冰箱）通过 HTTPS 与制造商的云服务交互，接收固件更新或提供设备使用数据。
4. WebSocket
使用场景：
实时数据传输
实时通讯
多媒体流
示例：
实时位置跟踪系统，如共享自行车应用，使用 WebSocket 与服务器实时同步自行车位置信息。
5. Bluetooth Low Energy (BLE)
使用场景：
健康和健身追踪器
智能手表和可穿戴设备
近距离设备互连
示例：
一款运动追踪手环使用 BLE 与智能手机同步活动数据。
6. Zigbee
使用场景：
家庭自动化
工业控制
无线传感器网络
示例：
家中的各种智能家居设备（如灯泡、开关、恒温器）通过 Zigbee 协议相互通信，建立一个网络，使用户可以远程控制。
7. Z-Wave
使用场景：
家庭自动化和安全系统
能源管理
示例：
一套智能家居安全系统使用 Z-Wave 技术使各种传感器（如门窗传感器、烟雾报警器）能够无缝连接和通信。
8. LoRaWAN
使用场景：
智慧农业
智慧城市
资产跟踪
示例：
在广阔农田中，LoRaWAN 用于连接土壤湿度传感器和中心数据库，以进行农作物的水分管理。
9. NFC
使用场景：
接触式支付
访问控制
简易设备配对
示例：
使用 NFC 技术的手机可以轻触支付终端来完成交易，或者与其他手机快速配对交换联系信息。
10. Thread
使用场景：
家庭自动化
商业楼宇自动化
能源管理
示例：
一个智能家居系统利用 Thread 协议来确保所有设备（如门锁、照明系统和恒温器）之间的互操作性和可靠通信。
每个协议根据其独特的优势和特点找到了适合的应用场景。例如，MQTT 在需要高效消息分发的场景中非常有用，而 LoRaWAN 在需要覆盖广泛区域的场景中更为理想。选择合适的协议需要考虑因素包括距离、数据传输率、能源消耗以及环境复杂性等。
我们可以根据需要选择合适的协议，可能是一个或者是多个。如果需要协议较多，可以搭建通信中心平台，组合用到的多个协议，集成到具体的应用中使用。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【了了】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/0b5b99cac556346ca7183edbd】。未经作者许可，禁止转载。
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