物联网中常用的协议及应用场景

一、协议分层

物理层协议：NB-IoT，LORA，WIFI，蓝牙，zigbee，4G，这几个都需要芯片模组支持（硬件支持）

应用层协议：MQTT，COAP，HTTP，这些需要开发服务器，或者对接云平台厂商（软件支持）

二、物理层各个协议主要特点

NB-IoT与4G

低功耗：NB-IoT是一种低功耗广域物联网（LPWA）技术，专门设计用于电池供电的物联网设备。它采用了优化的传输机制和低功耗模式，可以实现长达数年的电池寿命。而4G则相对较高功耗，通常用于需要更高数据速率和连接质量的应用。

速度和容量：NB-IoT的传输速度相对较低，适用于传输较小的数据量，如传感器数据、简单命令等。而4G提供更高的传输速率和容量，可以处理大量数据，适用于需要传输大文件或进行实时视频传输等应用。

覆盖范围：NB-IoT在覆盖范围上具有优势，可以实现较广的物联网区域覆盖，包括室内和室外。4G网络覆盖更广，但在某些偏远地区或深度室内可能会存在信号弱的情况。

设备成本和部署复杂性：由于NB-IoT是为低成本部署设计的，因此相对较便宜。它的设备模组价格较低，并且部署相对简单。4G设备成本较高，且部署相对复杂。

WIFI和zigbee

覆盖范围：WIFI通常适用于局域网（LAN）环境，其中包括家庭、办公室和公共场所等。其覆盖范围相对较广，可以覆盖较大的空间。而Zigbee是一种低功耗、低数据速率的无线协议，主要适用于个人领域或小范围应用，如智能家居和传感器网络。它的覆盖范围相对较小，适合于距离较近的设备之间进行通信。

低功耗：Zigbee在功耗和电池寿命方面表现出色，特别适用于电池供电的物联网设备。它采用了低功耗模式和睡眠模式，可以实现长时间的电池寿命。相比之下，WIFI通常需要更高的功耗，对电池寿命的要求较高。

通信速率：WIFI通常具有较高的数据传输速率，适用于传输大量的数据，如影音娱乐、高清视频和文件下载等。而Zigbee的数据传输速率较低，适用于传输小型数据包，如传感器数据和简单命令。它更关注低功耗和通信的稳定性。

互联与扩展：WIFI设备通常可以通过路由器进行互联，支持与其他WIFI设备的直接通信和互操作性。而Zigbee采用了网状拓扑结构，使得设备之间可以形成自组织的网络，可以支持大规模设备的互联和扩展性。

LoRa WAN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

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。

三、网络层传输协议

TCP与UDP

TCP是一种面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，UDP更适合对功率小、可靠性要求不高的场合

五、应用层协议：MQTT和COAP对比

1、MQTT

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一种基于TCP协议的应用层传输协议，采用发布/订阅模式。它的特点是轻量级、简单、开放且易于实现，使得它适用于广泛的应用场景。

MQTT在许多受限环境下得到广泛应用，包括机器与机器（M2M）通信、物联网（IoT）、卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居以及一些小型化设备。它的轻量级设计使得在具有带宽限制或资源受限的网络和设备中都能高效运行。

2、CoAP

CoAP（Constrained Application Protocol，受限应用协议）是一种建立在REST模型之上，专为轻量级M2M通信设计的网络传输协议。由于物联网中的很多设备只拥有少量的内存空间和有限的计算能力，因此传统的HTTP协议在此场景下不适用，而CoAP应运而生。

从用户可见性的角度，CoAP模拟了HTTP协议，因此读取传感器数据就像做一个HTTP请求一样。

CoAP被认为是一种不会过时的技术协议。据Gartner预测，未来将有500亿台设备连接到互联网，这将需要低成本、低能耗的设备，而CoAP的设计考虑到了这些需求。它被设计用于与10KB RAM类似的系统。

CoAP最有趣的特性之一是可以发现网络中的节点。这对于低功耗无线传感器网络的自治和自我修复非常有用。使用CoAP协议可以解决无线传感器网络的可扩展性问题，并可以发现节点常规的冗余。

CoAP建立在UDP协议之上，这是与HTTP或MQTT相比最主要的区别。它可以更加快速和更好地进行资源优化，但在QoS保持不变的情况下，CoAP相比HTTP和MQTT更加不可靠。然而，对于连续流系统如环境监测传感器网络，4字节的头部信息是一个不错的选择。