物联网体系介绍二：协议

一 常见的物联网架构和关键技术

从开发的角度，无线接入是物联网设备端的核心技术，身份设备管理和消息推送技术是物联网云端的核心技术。而从场景体验的角度，除了前者，还要包括手机的前端开发技术

如图可见，核心组成就是物联设备things、网关和云端。物联设备分为两类，一类是其自身天然支持TCP/IP而能直接接入物联网，如wifi、GPRS/3G/4G等设备；另一类是其未能支持IP协议而需要网关（协议转换）来接入物联网，如Zigbee、蓝牙等设备。对于蓝牙设备而言，手机其实是一个网关。手机通过自身的蓝牙跟外设蓝牙设备通信，并将消息通过手机的wifi或者3G/4G模块与云服务端通信

二 物联网协议

上图为物联网联接的问题空间，其中物联网的通信环境有Ethernet， Wi-Fi， RFID， NFC（近距离无线通信）， Zigbee， 6LoWPAN（IPV6低速无线版本），Bluetooth， GSM， GPRS， GPS， 3G， 4G等网络，而每一种通信应用协议都有一定适用范围。AMQP、JMS、REST/HTTP都是工作在以太网，COAP协议是专门为资源受限设备开发的协议，而DDS和MQTT的兼容性则强很多。

互联网时代，TCP/IP协议已经一统江湖，现在的物联网的通信架构也是构建在传统互联网基础架构之上。在当前的互联网通信协议中，HTTP协议由于开发成本低，开放程度高，几乎占据大半江山，所以很多厂商在构建物联网系统时也基于http协议进行开发。包括google主导的physic web项目，都是期望在传统web技术基础上构建物联网协议标准

我们将物联网通信协议分为两大类，一类是接入协议，一类是通讯协议。接入协议一般负责子网内设备间的组网及通信；通讯协议主要是运行在传统互联网TCP/IP协议之上的设备通讯协议，负责设备通过互联网进行数据交换及通信

1. 通讯协议

HTTP：这是迄今为止最普遍的协议。它被服务器广泛接受，并且被互联网标准支持的兼容性问题最少。它也自然地与RESTful API进行映射。然而，HTTP头和基于文本格式的形式会带来很大的开销。尽管是在TCP之上运行，但它是无状态的。这使得它不适合实时使用。客户端必须发送请求才能从服务器获得响应（命令）。客户端必须保持轮询来自服务器的更新。

CoAP：约束应用程序协议可以被认为是HTTP的二进制版本。它改进了对HTTP的一些限制。它具有非常简洁的标题和支持的二进制数据格式，从而减少开销。它可以在TCP或其他传输以及SMS上使用。CoAP数据包可以很容易地转换成HTTP数据包。但是，由于微不足道的互联网基础设施支持，它不能很好地与防火墙，代理和路由器配合使用。因此，该协议只适用于传感器网络内部的专用网络。

Web sockets：这是一个新的协议也支持网络标准。它具有HTTP所使用的相同的寻址和握手机制。从而使其与现有的网络基础设施兼容。握手完成后，切换到TCP上的双工通信。这使得它适合于实时，双向沟通。它特别适用于在代理之后运行的共享主机环境和网关。

MQTT：也是在TCP之上运行（可选）的流行协议。它有一个主题订户模型。尽管更适合将消息广播到感兴趣的网关，但它也用于网关到服务器的通信。它具有诸如上次消息持久性的一些功能以及将使物联网应用程序有用的遗嘱消息。

AMQP：这也许是网关服务器通信最适合的协议。该协议充当存储队列，确保数据包不会丢失，即使在暂时中断的情况下。

XMPP：可扩展消息和呈现协议是聊天客户端用于实时通信的流行协议。它标准化了很多东西，如用户认证和消息ID。然而，由于其复杂的规范和使用冗长的XML格式的数据交换使其不适用于物联网应用

2.接入协议

Wi-Fi：是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，WIFI全称Wireless Fidelity，又称802.11标准，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性

蓝牙（ Bluetooth® ）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案

ZigBee:是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。ZigBee这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

ZigBee可以说是蓝牙的同族兄弟，它使用2.4 GHz波段，采用跳频技术。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。另外，它可与254个节点联网，可以比蓝牙更好地支持游戏、消费电子、仪器和家庭自动化应用

近场通信（Near Field Communication，NFC）:是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、ECMA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。这个技术由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。

NFC近场通信技术是由非接触式射频识别（RFID）及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换

三 物联网应用

家庭自动化

智能家居：这些应用程序允许用户远程监视和控制安全设备和家用电器。当用户不在家时，还可以通过自动关闭电器来实现高效的能源使用。

智能城市

智能路灯：监控环境光线和交通等参数可以让我们控制照明的亮度和时间，节省大量能源。任何故障灯都可以立即报告和纠正，以避免事故和犯罪事件。

智能计量：无线连接的仪表可实现远程抄表以及差分收费和双向计量等应用。这种仪表还可以检测和报告电路中的盗窃和其他功率泄漏。

智能停车：通过接近传感器启用，这是另一个物联网应用程序。如果用户可以提前获得空置的停车信息，则可以避免堵塞和瓶颈。用户也可以根据停车时间更准确地收费。

智能农业：准确的水分和养分监测可以指示何时需要浇水或肥料。它可以节约水肥成本，同时也大大提高了生产。加上天气预报，这样的系统可以证明对农民真的有帮助。

医疗保健

这是物联网可以为最终用户带来革命性变化的即将到来的领域。各种可穿戴式传感器收集患者的重要参数，如温度和血压，并通过物联网网关将其传输到患者的在线健康档案。这可以保持参数的精确历史记录。这些与患者健康史相关的数据是保健专业人员掌握的有力工具。数据可以实时分析，在紧急情况下，可以迅速采取行动，为病人提供即时护理。

工业

物联网可以在工业过程的监控和优化中发挥重要作用。低功耗传感器节点的可用性为工业自动化提供了新的途径。在人员危险且有时不可行的地区也是有用的