物联专栏丨常见的物联网通信协议使用介绍

随着物联网技术的发展，接入互联网的设备越来越多，像粮食、水务、矿山、建筑等行业的传感器或其他物联网设备等。不同的设备接入物联网平台需要不同的通信协议，因此物联网平台接入协议需要具有灵活性和广泛性。下面介绍在物联网中常用的几种协议在设备接入中使用。

1.       MQTT 协议

MQTT 是一种基于发布/订阅模式的应用层通信协议，目前已成为市面上最主流的物联网协议，广泛应用于各类物联网设备。平台和设备通过消息代理服务器（broker）交换消息。上报数据时，设备作为消息发布者，将采集的数据发布到指定主题 topic A，平台作为消息订阅者订阅该主题。消息代理收到消息会转发给所有订阅该主题的订阅者。相应的，下发数据时，平台与设备角色对调，平台发布消息，设备订阅消息。

特点：

• 一个消费者可以订阅多个主题，即平台可以订阅多个设备的数据。

• 基于 TCP/IP 传输协议，提供可靠的通信服务。

• 轻量、占用带宽低，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。

• 支持 3 种 x 消息发布 QoS（Quality of Service）服务等级：至多一次、最少一次、只有一次，保证消息传递的质量。

• 支持使用 SSL/TLS 加密传输，保证数据安全。

2.       TCP 协议

TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，在物联网中常用于接入需要使用串口服务器转换协议的硬件设备，比如温湿度传感器。与 MQTT 协议相比，TCP 协议是一种端到端的通信方式，通常平台作为服务端，设备作为客户端。设备与平台建立连接之后，基于连接进行数据上报和下发。为了将各种设备上报的字节报文解析平台可读的数据，需要借助编解码器实现透传数据解析。

特点：

• 支持各种私有协议，能够接入多种设备类型。

• ACK 确认和重传机制，保证数据的完整性、可靠性和顺序性。但同时也增加了数据传输的开销，降低了数据传输效率。

• 流量控制和拥塞控制，避免接收方过载和网络拥塞。

• 支持使用 SSL/TLS 加密传输，保证数据安全。

3.       UDP 协议

UDP 是一种无连接的、不可靠的、基于数据包的传输层通信协议，在物联网中被广泛应用于传感器数据的传输、实时视频流的传输等。与 TCP 相比，UDP 不能保证数据的完整性，存在数据丢失的可能，但传输效率会有很大提高。设备直接使用 UDP 协议接入平台时，平台从数据包中获取设备地址，并在短时间内缓存起来，以备平台使用该地址向设备发送数据。数据包中的消息体为二进制格式，需要借助编解码器实现透传数据解析。

特点：

• 不建立连接，直接发送数据包，无法保证数据顺序。

• 无消息确认和重传机制，传输效率高，但数据不可靠。

4.       HTTP 协议

HTTP 是一种请求/响应式的应用层协议，在物联网中常用于平台之间的数据对接。由客户端向服务器指定端口发起一个请求，服务端监听端口接收并处理请求。服务端处理完请求后，会向客户端返回一个状态码以及其他数据响应。数据对接时，平台作为服务端，设备或其他第三方物联网平台作为客户端，向平台上报数据。

特点

• 基于 TCP 协议，通信可靠，可以保证数据的正确传输和顺序传送，但也会导致功耗过高。

• HTTP 协议实现简单，调试方便。

• 支持接口鉴权认证

• 支持使用 SSL/TLS 加密传输，保证数据安全。

5.       CoAP 协议

CoAP 是一种专为物联网设备设计的应用层协议，适用于资源受限的低功耗设备。传统的 HTTP 协议基于 tcp 连接，使用文本格式，消息头冗长，不适合低功耗设备使用。而 CoAP 协议参考 HTTP 协议，采用请求/响应模式，基于 rest 风格，服务端的资源地址使用 url 格式，支持客户端通过 get、post、put、delete 方法访问资源。不同的是，CoAP 采用 udp，减少了 tcp 建立连接带来的开销；使用二进制格式，报文头部长度大大缩短，减少了网络传输的开销；基于消息模型，支持观者模式，可实现消息订阅与发布。

特点：

• 基于 UDP 协议，更适用于无连接、低延迟和高效率的通信。

• CoAP 协议针对资源受限设备和网络进行了优化，具有低能耗和低带宽消耗的特性。

• 采用和 HTTP 相似语义的请求和响应码，使用二进制报文，报文大小较小。

• 支持使用 DTLS 加密传输，保证数据安全。   

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