物联网应用层协议选择和分析--MQTT、CoAP 、HTTP、XMPP、SoAP
MQTT协议
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）最早是IBM开发的一个即时通讯协议，MQTT协议是为大量计算能力有限且工作在低带宽、不可靠网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的一种协议。
MQTT协议的优势是可以支持所有平台，它几乎可以把所有的联网物品和互联网连接起来。
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QoS 0：“最多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。分发的消息可能丢失或重复。例如，这个等级可用于环境传感器数据，单次的数据丢失没关系，因为不久后还会有第二次发送。
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QoS 1：“至少一次”，确保消息可以到达，但消息 可能会重复。
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QoS 2：“只有一次”，确保消息只到达一次。例如，这个等级可用在一个计费系统中，这里如果消息重复或丢失会导致不正确的收费。
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下图是MQTT为可靠传递消息的三种消息发布服务质量
发布/订阅模型允许MQTT客户端以一对一、一对多和多对一方式进行通讯。
下图是MQTT的发布／订阅消息模式
CoAP协议
CoAP是受限制的应用协议(Constrained Application Protocol)的代名词。由于目前物联网中的很多设备都是资源受限型的，所以只有少量的内存空间和有限的计算能力，传统的HTTP协议在物联网应用中就会显得过于庞大而不适用。因此，IETF的CoRE工作组提出了一种基于REST架构、传输层为UDP、网络层为6LowPAN（面向低功耗无线局域网的IPv6）的CoAP协议。
CoAP采用与HTTP协议相同的请求响应工作模式。CoAP协议共有4中不同的消息类型。
CON——需要被确认的请求，如果CON请求被发送，那么对方必须做出响应。
NON——不需要被确认的请求，如果NON请求被发送，那么对方不必做出回应。
ACK——应答消息，接受到CON消息的响应。
RST——复位消息，当接收者接受到的消息包含一个错误，接受者解析消息或者不再关心发送者发送的内容，那么复位消息将会被发送。
CoAP消息格式使用简单的二进制格式，最小为4个字节。
一个消息=固定长度的头部header + 可选个数的option + 负载payload。Payload的长度根据数据报长度来计算。
主要是一对一的协议
举个例子：
比如某个设备需要从服务器端查询当前温度信息。
- 请求消息（CON）： GET /temperature , 请求内容会被包在CON消息里面
- 响应消息 (ACK)： 2.05 Content “22.5 C” ，响应内容会被放在ACK消息里面
CoAP与MQTT的区别
MQTT和CoAP都是行之有效的物联网协议，但两者还是有很大区别的，比如MQTT协议是基于TCP，而CoAP协议是基于UDP。从应用方向来分析，主要区别有以下几点：
1、MQTT协议不支持带有类型或者其它帮助Clients理解的标签信息，也就是说所有MQTT Clients必须要知道消息格式。而CoAP协议则相反，因为CoAP内置发现支持和内容协商，这样便能允许设备相互窥测以找到数据交换的方式。
2、MQTT是长连接而CoAP是无连接。MQTT Clients与Broker之间保持TCP长连接，这种情形在NAT环境中也不会产生问题。如果在NAT环境下使用CoAP的话，那就需要采取一些NAT穿透性手段。
3、MQTT是多个客户端通过中央代理进行消息传递的多对多协议。它主要通过让客户端发布消息、代理决定消息路由和复制来解耦消费者和生产者。MQTT就是相当于消息传递的实时通讯总线。CoAP基本上就是一个在Server和Client之间传递状态信息的单对单协议。
HTTP协议http的全称是HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议，这个协议的提出就是为了提供和接收HTML界面，通过这个协议在互联网上面传出web的界面信息。
HTTP与CoAP的区别
CoAP是6LowPAN协议栈中的应用层协议，基于REST（表述性状态传递）架构风格，支持与REST进行交互。通常用户可以像使用HTTP协议一样用CoAP协议来访问物联网设备。而且CoAP消息格式使用简单的二进制格式，最小为4个字节。HTTP使用报文格式对于嵌入式设备来说需要传输数据太多，太重，不够灵活。
XMPP协议
XMPP（可扩展通讯和表示协议）是一种基于可扩展标记语言（XML）的协议，
它继承了在XML环境中灵活的发展性。可用于服务类实时通讯、表示和需求响应服务中的XML数据元流式传输。XMPP以Jabber协议为基础，而Jabber是即时通讯中常用的开放式协议。
基本网络结构
XMPP中定义了三个角色，客户端，服务器，网关。通信能够在这三者的任意两个之间双向发生。
服务器同时承担了客户端信息记录，连接管理和信息的路由功能。网关承担着与异构即时通信系统
的互联互通，异构系统可以包括SMS（短信），MSN，ICQ等。基本的网络形式是单客户端通过
TCP/IP连接到单服务器，然后在之上传输XML。
功能
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< stream:stream
to = 'example_com'
xmlns = 'jabber:client'
xmlns:stream = 'http_etherx_jabber_org/streams'
version = '1.0' >
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5
6
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< stream:stream
from = 'example_com'
id = 'someid'
xmlns = 'jabber:client'
xmlns:stream = 'http_etherx_jabber_org/streams'
version = '1.0' >
|
XMPP核心协议通信的基本模式就是先建立一个stream，然后协商一堆安全之类的东西，
中间通信过程就是客户端发送XML Stanza，一个接一个的。服务器根据客户端发送的信息
以及程序的逻辑，发送XML Stanza给客户端。但是这个过程并不是一问一答的，任何时候
都有可能从一方发信给另外一方。通信的最后阶段是关闭流，关闭TCP/IP连接。
网络通信过程中数据冗余率非常高，网络流量中70% 都消耗在 XMPP 协议层了。对于物联网来说，大量计算能力有限且工作在低带宽、不可靠网络的远程传感器和控制设备，省电、省流量是所有底层服务的一个关键技术指标，XMPP协议看起来已经落后了。
SoAP协议
SoAP(简单对象访问协议)是交换数据的一种协议规范，是一种轻量的、简单的、
基于可扩展标记语言（XML）的协议，它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息。
SOAP 可以和现存的许多因特网协议和格式结合使用，包括超文本传输协议（HTTP），
简单邮件传输协议（SMTP），多用途网际邮件扩充协议（MIME）。它还支持从消息系统到
远程过程调用（RPC）等大量的应用程序。SOAP使用基于XML的数据结构和超文本传输协议
(HTTP)的组合定义了一个标准的方法来使用Internet上各种不同操作环境中的分布式对象。
总结：
从当前物联网应用发展趋势来分析，MQTT协议具有一定的优势。因为目前国内外主要的云计算服务商，比如阿里云、AWS、百度云、Azure以及腾讯云都一概支持MQTT协议。还有一个原因就是MQTT协议比CoAP成熟的要早，所以MQTT具有一定的先发优势。但随着物联网的智能化和多变化的发展，后续物联网应用平台肯定会兼容更多的物联网应用层协议。
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