本博文将简单介绍一些常见的物联网协议，包括物理层协议、数据链路层协议和应用层协议。

一、MQTT协议

MQTT协议（Message Queue Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是IBM的Andy Stanford-Clark和Arcom的Arlen Nipper于1999年为了一个通过卫星网络连接输油管道的项目开发的。为了满足低电量消耗和低网络带宽的需求，MQTT协议在设计之初包含了以下几个特点：

• 实现简单；
• 提供数据传输的QoS；
• 轻量、占用带宽低；
• 可传输任意类型的数据；
• 可保持的会话（Session）。

简单来说，MQTT协议有以下特性：

• 基于TCP协议的应用层协议；
• 采用C/S架构；
• 使用订阅/发布模式，将消息的发送方和接受方解耦；
• 提供3种消息的QoS（Quality of Service）：至多一次、最少一次、只有一次；
• 收发消息都是异步的，发送方不需要等待接收方应答。

MQTT协议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。而它在移动互联网领域也大有作为，很多Android App的推送功能都是基于MQTT协议实现的，一些IM的实现也是基于MQTT协议的。

二、MQTT-SN协议

MQTT-SN（MQTT for Sensor Network）协议是MQTT协议的传感器版本。MQTT协议虽然是轻量的应用层协议，但是MQTT协议是运行于TCP协议栈之上的，TCP协议对于某些计算能力和电量非常有限的设备来说，比如传感器，就不太适用了。

MQTT-SN运行在UDP协议上，同时保留了MQTT协议的大部分信令和特性，如订阅和发布等。MQTT-SN协议引入了MQTT-SN网关这一角色，网关负责把MQTT-SN协议转换为MQTT协议，并和远端的MQTT Broker进行通信。MQTT-SN协议支持网关的自动发现。

三、CoAP协议

CoAP（Constrained Application Protocol）协议是一种运行在资源比较紧张的设备上的协议。和MQTT-SN协议一样，CoAP协议通常也是运行在UDP协议上的。CoAP协议设计得非常小巧，最小的数据包只有4个字节。

CoAP协议采用C/S架构，使用类似于HTTP协议的请求-响应的交互模式。设备可以通过类似于coap://ip:端口/xxxx的URL来标识一个实体，并使用类似于HTTP的PUT、GET、POST、DELET请求指令来获取或者修改这个实体的状态。同时，CoAP提供一种观察模式，观察者可以通过OBSERVE指令向CoAP服务器指明观察的实体对象。当实体对象的状态发生变化时，观察者就可以收到实体对象的最新状态，类似于MQTT协议中的订阅功能。

四、LwM2M协议

LwM2M（Lightweight Machine-To-Machine）协议是由Open Mobile Alliance（OMA）定义的一套适用于物联网的轻量级协议。它使用RESTful接口，提供设备的接入、管理和通信功能，也适用于资源比较紧张的设备。

LwM2M协议底层使用CoAP协议传输数据和信令。而在LwM2M协议的架构中，CoAP协议可以运行在UDP或者SMS（短信）之上，通过DTLS（数据报传输层安全）来实现数据的安全传输。

LwM2M协议架构主要包含3种实体——LwM2M Bootstrap Server、LwM2MServer和LwM2M Client。LwM2M Bootstrap Server负责引导LwM2M Client注册并接入LwM2M Server，之后LwM2M Server和LwM2M Client就可以通过协议指定的接口进行交互了。

五、HTTP协议

物联网也是互联网，HTTP这个在互联网中广泛应用的协议，在合适的环境下也可以应用到物联网中。在一些计算和硬件资源比较充沛的设备上，比如运行安卓操作系统的设备，完全可以使用HTTP协议上传和下载数据，就好像在开发移动应用一样。设备也可以使用运行在HTTP协议上的WebSocket主动接收来自服务器的数据。

六、LoRaWAN协议

LoRaWAN协议是由LoRa联盟提出并推动的一种低功率广域网协议，它和我们之前介绍的几种协议有所不同。MQTT协议、CoAP协议都是运行在应用层，底层使用TCP协议或者UDP协议进行数据传输，整个协议栈运行在IP网络上。而LoRaWAN协议则是物理层/数据链路层协议，它解决的是设备如何接入互联网的问题，并不运行在IP网络上。

说到设备如何接入互联网，我们很自然地想到4G、Wi-Fi，如果设备上有4G/Wi-Fi模块，或者支持以太网的网卡，就可以和其他联网终端，比如手机，以同样的方式接入互联网。但是在某些情况下，4G或者Wi-Fi网络的覆盖非常困难，比如隧道施工的工程设备往往处于隧道深处几千米处，不可能用Wi-Fi或者4G网络覆盖。而工程设备经常在移动，使用有线网络与现场环境也不匹配。

LoRa（Long Range）是一种无线通信技术，它具有使用距离远、功耗低的特点。在上面的场景下，用户就可以使用LoRaWAN技术进行组网，在工程设备上安装支持LoRA的模块。通过LoRa的中继设备将数据发往位于隧道外部的、有互联网接入的LoRa网关，LoRa网关再将数据封装成可以在IP网络中通过TCP协议或者UDP协议传输的数据协议包（比如MQTT协议），然后发往云端的数据中心。

七、NB-IoT协议

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）协议和LoRaWAN协议一样，是将设备接入互联网的物理层/数据链路层的协议。和LoRA不同的是，NB-IoT协议构建和运行在蜂窝网络上，消耗的带宽较低，可以直接部署到现有的GSM网络或者LTE网络。设备安装支持NB-IoT的芯片和相应的物联网卡，然后连接到NB-IoT基站就可以接入互联网。而且NB-IoT协议不像LoRaWAN协议那样需要网关进行协议转换，接入的设备可以直接使用IP网络进行数据传输。NB-IoT协议相比传统的基站，增益提高了约20dB，可以覆盖到地下车库、管道、地下室等之前信号难以覆盖的地方。

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