IoT|什么是物联网?常见IoT协议最全讲解( 二 )


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在不同的场景下,物联网应用的差异非常大,终端和网络架构的异构性强,这意味着在物联网行业存在足够多的细分市场,这就很难出现一家在市场份额上具有统治力的公司,同时由于市场够大,所以能够让足够多的公司存活。这种情况在互联网行业是不常见的,互联网行业的头部效应非常明显,市场绝大部分份额往往被头部的两三家公司占据。
物联网模式相对于互联网模式来说更“重”一些。物联网的应用总是伴随着前端设备,这也就意味着用户的切换成本相对较高,毕竟拆除设备、重新安装设备比动动手指重新下载一个应用要复杂不少。
这也就意味着,资本的推动力在物联网行业中相对更弱。如果你取得了先发优势,那么后来者想光靠资本的力量赶上或者将你挤出市场,那他付出的代价要比在互联网行业中大得多。
所以说,物联网行业目前仍然是一片蓝海,小规模公司在这个行业中也完全有能力和大规模公司同台竞争。在AI和区块链的热度冷却后,物联网很有可能会成为下一个风口。作为程序员,在风口来临之前,提前进行一些知识储备是非常有必要的。
02 常见的物联网协议
1. 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协议在设计之初就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)
随着多年的发展,MQTT协议的重点不再只是嵌入式系统,而是更广泛的物联网世界。
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协议的架构由Broker和连接到Broker的多个Client组成,如图2-1所示。
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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。
2. 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。MQTT-SN协议的通信模型如图2-2所示。
3. 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。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://192.168.1.150:5683/2ndfloor/temperature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。CoAP协议的通信模型如图2-3所示。
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4. 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协议的架构如图2-4所示。
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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。