柚子快報激活碼778899分享：物聯(lián)網(wǎng)8大協(xié)議介紹及對比

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一.物聯(lián)網(wǎng)主流協(xié)議介紹

1.MQTT 協(xié)議

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）即消息隊列遙測傳輸。

MQTT 協(xié)議最初是在 1999 年由 IBM 公司開發(fā)的，用于將石油管道上的傳感器與衛(wèi)星相連接。2014 年正式成為 OASIS 開放標(biāo)準(zhǔn)。

MQTT 使用類似 MQ 常用的發(fā)布 / 訂閱模式，起到應(yīng)用程序解耦、異步消息、削峰填谷的作用。很多 MQ 中間件也支持 MQTT 協(xié)議，比如 ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka 等。

適用范圍：在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)下提供基于云平臺的遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。

優(yōu)勢：

使用發(fā)布 / 訂閱模式，提供一對多的消息發(fā)布，使消息發(fā)送者和接受者在時間和時空上解耦。

二進(jìn)制協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷非常小（固定頭部是2字節(jié)）。

靈活的 Topic 訂閱、QoS 等特性。

缺點(diǎn)：

集中化部署，服務(wù)端壓力大，需要考慮流程控制及高可用。

對于請求 / 響應(yīng)模式的支持需要在應(yīng)用層根據(jù)消息 ID 做發(fā)布主題和訂閱主題之間的關(guān)聯(lián)。

MQTT 缺少存儲轉(zhuǎn)發(fā)隊列功能。

2.CoAP 協(xié)議

CoAP（Constrained Application Protocol）即受限的應(yīng)用協(xié)議。CoAP 是為了讓低功耗受限設(shè)備可以接入互聯(lián)網(wǎng)，由 IETF 組織制定的，它借鑒了 HTTP 大量成功經(jīng)驗，同樣使用請求 / 響應(yīng)工作模式。

使用范圍：適用于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下一對一 M2M 通訊。

優(yōu)勢：

采用和 HTTP 相似語義的請求和響應(yīng)碼，使用二進(jìn)制報文，報文大小較小。

傳輸層基于 UDP 協(xié)議，比 TCP 數(shù)據(jù)包小，并不需要建立連接帶來握手的開銷。

資源發(fā)送支持，通過觀察者模式實現(xiàn)類似發(fā)布 / 訂閱效果。

缺點(diǎn)：

基于 UDP 的不可靠傳輸，但通過四種報文類型的組合及重傳機(jī)制提高了傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

基于 UDP 的無連接傳輸，不利于不同網(wǎng)絡(luò)間消息的回傳。

3.HTTP 協(xié)議

HTTP 協(xié)議，即超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol），是一種詳細(xì)規(guī)定了瀏覽器和萬維網(wǎng)服務(wù)器之間互相通信的規(guī)則，通過因特網(wǎng)傳送萬維網(wǎng)文檔得到數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。

目前 HTTP 協(xié)議作為 WEB 的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議已被廣泛使用，它在一些物聯(lián)網(wǎng)場景中同樣可以使用，例如手機(jī)、PC等終端設(shè)備。但是作為適應(yīng)瀏覽器場景的 HTTP 協(xié)議，并不適用于物聯(lián)網(wǎng)的其他設(shè)備。

適用范圍：開放物聯(lián)網(wǎng)中的資源，實現(xiàn)服務(wù)被其他應(yīng)用所調(diào)用。

優(yōu)勢：

簡單的工作模式，請求 / 響應(yīng)。

完整的方法定義。

合理的狀態(tài)碼設(shè)計。

友好的媒體類型支持，如文本、圖片、視頻等。

缺點(diǎn)：

單向傳輸，可以通過客戶端輪詢實現(xiàn)類似推送效果或者HTTP2.0

安全性不高，HTTP是明文協(xié)議，可以使用 HTTPS 傳輸。

HTTP 是文本協(xié)議，冗長的協(xié)議頭部，對于運(yùn)算、存儲、帶寬資源受限的設(shè)備來說開銷大。

4.AMQP

AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）高級消息隊列協(xié)議，是一個進(jìn)程間傳遞異步消息的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（1）工作過程

發(fā)布者（Publisher）發(fā)布消息（Message），經(jīng)由交換機(jī)（Exchange）。

交換機(jī)根據(jù)路由規(guī)則將收到的消息分發(fā)給與該交換機(jī)綁定的隊列（Queue）。

最后 AMQP 代理會將消息投遞給訂閱了此隊列的消費(fèi)者，或者消費(fèi)者按照需求自行獲取。

AMQP 定義了四種類型的交換機(jī)：

直接（點(diǎn)對點(diǎn)）：消息直接發(fā)送給綁定到交換機(jī)的指定隊列。

扇出：消息發(fā)送給綁定到交換機(jī)的所有隊列。

主題（發(fā)布-訂閱）：消息根據(jù)路由鍵和交換機(jī)綁定的模式發(fā)送到相應(yīng)的隊列。

頭部（發(fā)布-訂閱）：消息根據(jù)消息頭部的匹配規(guī)則發(fā)送到相應(yīng)的隊列。

(2)AMQP 傳輸和幀

AMQP 是一種基于 TCP/IP 的二進(jìn)制協(xié)議，它在客戶端和 Broker 之間建立可靠的、持久的、面向流的連接。一個單一的套接字連接上可以創(chuàng)建多個信道，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)流的同時傳輸。

AMQP 1.0 版本中的幀由一個 8 字節(jié)的固定頭部、一個可選的擴(kuò)展頭部和一個長度可變的二進(jìn)制有效載荷組成。固定頭部包含了幀類型、信道號和有效載荷大小的信息。有效載荷包含了要傳輸?shù)膶嶋H消息，以及相關(guān)的元數(shù)據(jù)。

(3)AMQP的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)隊列：AMQP 支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)隊列，但相對于 MQTT 而言，犧牲了一些效率并增加了一些復(fù)雜度。

活的消息路由：AMQP 提供多種消息路由方式，包括點(diǎn)對點(diǎn)、發(fā)布-訂閱和扇出。

安全：AMQP 支持 TLS 和 SASL 等加密和認(rèn)證安全機(jī)制。

成熟的生態(tài)系統(tǒng)：AMQP 生態(tài)系統(tǒng)擁有豐富而成熟的開源服務(wù)器實現(xiàn)和客戶端庫，覆蓋多種編程語言。

缺點(diǎn):

復(fù)雜：AMQP 的模型涉及了許多概念，可能不太容易理解、配置和管理。

重量級：AMQP 在傳輸層通過“信道”實現(xiàn)了多路復(fù)用。而且每個 AMQP 幀都有 8 字節(jié)的頭部開銷。

向后兼容性差：AMQP 的最大問題是 0.9.1 版本和 1.0 版本完全不兼容，增加了解決方案的復(fù)雜度。

可擴(kuò)展性和性能受限：AMQP 在一些場景中可能受到可擴(kuò)展性和性能的限制。這是由于其架構(gòu)相對于輕量級協(xié)議如 MQTT 而言，引入了更多的復(fù)雜性和開銷。

（4）MQTT 與 AMQP 的詳細(xì)對比

（5）選擇 MQTT 和 AMQP 時需要考慮的因素

基于用戶場景的評估：

選擇 MQTT 或 AMQP 主要取決于用戶場景的需求。如果您要處理資源有限的設(shè)備或不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，MQTT 憑借其輕量級的特性可能是更佳的選擇。如果您的用戶場景需要復(fù)雜的路由和高可靠性，那么 AMQP 會更適合。

基于系統(tǒng)架構(gòu)的評估：

系統(tǒng)架構(gòu)也會影響決策。MQTT 的簡單性使其成為具有清晰簡單通信模型的系統(tǒng)的理想選擇。AMQP 憑借其靈活性和強(qiáng)大的功能集，更適合具有多樣化通信需求的復(fù)雜系統(tǒng)。

基于網(wǎng)絡(luò)條件的評估：

網(wǎng)絡(luò)條件是另一個重要因素。MQTT 在低帶寬、高延遲或不可靠的網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)優(yōu)異。相反，AMQP 由于其較高的開銷，需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。

基于所需服務(wù)質(zhì)量的評估：

MQTT 提供了三個級別的服務(wù)質(zhì)量，可靈活保證消息的傳輸。AMQP 通過其持久化消息功能，可確保消息傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

5.websocket

（1）概述

WebSocket 是一種用于在單個 TCP 連接上進(jìn)行全雙工通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它使用類似于 HTTP 的握手來建立連接，然后使用單獨(dú)的持久連接來進(jìn)行通信。這種方式使得 WebSocket 可以在瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行實時通信，

而不需要多次發(fā)送 HTTP 請求來獲取數(shù)據(jù)。這意味著連接是持久的，它一直保持打開，直到有一方主動關(guān)閉連接。這使得 WebSocket 非常適合用于實時應(yīng)用程序，因為它不需要不斷地建立和關(guān)閉連接。

（2）WebSocket的實際用途

最常見的用途是在實時應(yīng)用程序開發(fā)中，它有助于在客戶端持續(xù)顯示數(shù)據(jù)。由于后端服務(wù)器不斷發(fā)回此數(shù)據(jù)，WebSocket 允許在已打開的連接中不間斷地推送或傳輸此數(shù)據(jù)，使此類數(shù)據(jù)傳輸更快，并利用了應(yīng)用程序的性能。

WebSocket 連接是可以加密的，可以使用 TLS（Transport Layer Security，傳輸層安全）協(xié)議來保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。這種加密連接使用的是 wss:// 協(xié)議前綴，與不加密的連接使用的 ws:// 協(xié)議前綴相區(qū)別。除此之外，

WebSocket 還支持安全握手協(xié)議（Secure Handshake Protocol），這使得它可以在瀏覽器和服務(wù)器之間進(jìn)行加密通信。總的來說，WebSocket 具有較高的安全性，可以保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。

（3）WebSocket和HTTP區(qū)別。

連接方式：HTTP是一種無狀態(tài)的協(xié)議，每次請求都需要建立一個新的連接，完成請求后立即關(guān)閉連接。而WebSocket是一種全雙工的協(xié)議，它在客戶端和服務(wù)器之間建立一條持久的連接，可以實現(xiàn)雙向通信。

數(shù)據(jù)傳輸：HTTP協(xié)議是基于請求-響應(yīng)模式的，客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器返回響應(yīng)。而WebSocket允許服務(wù)器主動向客戶端推送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了服務(wù)器和客戶端之間的實時雙向通信。

數(shù)據(jù)格式：HTTP協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是文本或二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而WebSocket可以傳輸任意格式的數(shù)據(jù)，包括文本、二進(jìn)制、JSON等。

端口：HTTP協(xié)議使用的默認(rèn)端口是80（HTTP）或443（HTTPS），而WebSocket使用的默認(rèn)端口是80（WS）或443（WSS）。

總結(jié)來說，HTTP協(xié)議適用于客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求并獲取響應(yīng)的場景，而WebSocket適用于需要實時雙向通信的場景，例如在線聊天、實時數(shù)據(jù)更新等。

（4）應(yīng)用場景

主要應(yīng)用場景：

在線聊天應(yīng)用：WebSocket可以實現(xiàn)即時消息傳遞，無需輪詢服務(wù)器即可接收和發(fā)送消息。

視頻會議和協(xié)作工具：WebSocket可以實時傳輸音頻和視頻數(shù)據(jù)，以及屏幕共享等功能。

多人游戲：WebSocket可以實時更新游戲狀態(tài)，確保玩家之間的交互流暢無延遲。

實時對戰(zhàn)游戲：WebSocket可以快速響應(yīng)玩家的動作，提供流暢的游戲體驗。

股票交易平臺：WebSocket可以實時推送股票市場的最新價格和交易數(shù)據(jù)。

實時新聞和體育賽事更新：WebSocket可以即時向用戶推送新聞更新和賽事比分。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景（相對較少）：

工業(yè)自動化：WebSocket可以用于實時監(jiān)控和控制生產(chǎn)線上的設(shè)備。

智能家居：WebSocket可以實時接收和發(fā)送指令，控制家中的智能設(shè)備。

設(shè)備監(jiān)控和控制：WebSocket可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。

實時傳感器數(shù)據(jù)傳輸：WebSocket可以實時收集和傳輸來自傳感器的數(shù)據(jù)。

6.XMPP協(xié)議

??（1）概述

???????該協(xié)議的前身是Jabber，我們采取XMPP協(xié)議主來實現(xiàn)IM主要是考慮XMPP協(xié)議是以XML為基礎(chǔ)的，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的發(fā)展性。這表明XMPP是可擴(kuò)展的，所以XMPP信息不僅可以是簡單的文本，

而且可以攜帶復(fù)雜的數(shù)據(jù)和各種格式的文件，也就是說XMPP協(xié)議不僅可以用在人與人之間的交流，而且可以實現(xiàn)軟件與軟件或軟件與人之間的交流，目前支持XMPP協(xié)議的即時通訊工具有Gtalk、FaceBook IM、Twitter、

網(wǎng)易POPO等等通訊工具，具有非常好的發(fā)展情景。由于XMPP是一種基于XML架構(gòu)的開放式協(xié)議，在IM通訊中被廣泛采用。

（2）Xmpp協(xié)議內(nèi)容

XMPP中定義了三個角色，客戶端，服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)。通信能夠在這三者的任意兩個之間雙向發(fā)生。服務(wù)器同時承擔(dān)了客戶端信息記錄，連接管理和信息的路由功能。網(wǎng)關(guān)承擔(dān)著與異構(gòu)即時通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通，

異構(gòu)系統(tǒng)可以包括SMS（短信），MSN，ICQ等。基本的網(wǎng)絡(luò)形式是單客戶端通過TCP/IP連接到單服務(wù)器，然后在之上傳輸XML。

（3）應(yīng)用場景

?????XMPP協(xié)議主要在互聯(lián)網(wǎng)及時通訊應(yīng)用中運(yùn)用的比較多，在物聯(lián)網(wǎng)中目前較少應(yīng)用；

7.DDS協(xié)議

DDS（Data Distribution Service for Real-Time Systems，實時系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)）是一種由對象管理組（OMG）為實時系統(tǒng)設(shè)計的中間件和數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議。它主要用于分布式實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)在多個節(jié)點(diǎn)之間高效、可靠地流動。

主要特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)中心性：DDS 是一種數(shù)據(jù)中心協(xié)議，這意味著它以數(shù)據(jù)為中心，而不是以服務(wù)或接口為中心。這種設(shè)計使得應(yīng)用程序可以直接操作和分發(fā)數(shù)據(jù)，而不需要關(guān)注底層的通信機(jī)制。

實時性：DDS 專為實時系統(tǒng)設(shè)計，支持低延遲和高吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)在嚴(yán)格的時限內(nèi)得到處理和分發(fā)。

靈活性：DDS 提供了多種數(shù)據(jù)分發(fā)模式，如發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）和查詢（query），這使得開發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的分發(fā)策略。

可擴(kuò)展性：DDS 支持從幾個到成千上萬個節(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性，這使得它適用于從小型系統(tǒng)到大型分布式系統(tǒng)的各種應(yīng)用場景。

容錯性：DDS 提供容錯機(jī)制，確保即使在部分網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)組件失敗的情況下，也能保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和可用性。

DDS 應(yīng)用領(lǐng)域（物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用較少）：

金融服務(wù)：實時市場數(shù)據(jù)的分發(fā)和交易執(zhí)行。

電信：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息和用戶數(shù)據(jù)的實時更新。

交通管理系統(tǒng)：實時監(jiān)控和管理交通流量。

智能電網(wǎng)：實時監(jiān)控和管理電網(wǎng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

國防和航空：實時戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)和態(tài)勢感知信息的分發(fā)。

8.LwM2M協(xié)議

LWM2M全稱lightweight Machine to Machine，是一種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，主要可以使用在資源受限(包括存儲、功耗等)的嵌入式設(shè)備上。LwM2M是一種輕量級的M2M協(xié)議，旨在簡化設(shè)備管理并降低帶寬要求。

協(xié)議層次結(jié)構(gòu)：

LWM2M屬于應(yīng)用層協(xié)議，位于CoAP協(xié)議之上，而CoAP可以進(jìn)行DTLS加密處理，最后通過UDP或SMS方式傳送。

二.總結(jié)

? ? ? ?從當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展趨勢來分析，MQTT協(xié)議具有一定的優(yōu)勢，因為目前國內(nèi)外主要的云計算服務(wù)商，比如阿里云、AWS、百度云、Azure以及騰訊云都一概支持MQTT協(xié)議。

? ? ? ?還有一個原因就是MQTT協(xié)議比CoAP成熟的要早，所以MQTT具有一定的先發(fā)優(yōu)勢，但隨著物聯(lián)網(wǎng)的智能化和多變化的發(fā)展，后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺肯定會兼容更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議。

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