讓120億互聯(lián)設(shè)備暢通“交流”，一文看懂物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議最新風(fēng)向！

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近日，專(zhuān)注于物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IoT Analytics發(fā)布了其最新的《物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議應(yīng)用報(bào)告2022》，跟蹤物聯(lián)網(wǎng)各層協(xié)議發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。當(dāng)前，全球已有超過(guò)120億的物聯(lián)網(wǎng)連接，各類(lèi)設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接，會(huì)產(chǎn)生大量以往很難獲取的有效數(shù)據(jù)。當(dāng)前，數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素已成為全球共識(shí)，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的價(jià)值化具有廣闊的前景，能為各行業(yè)數(shù)字化發(fā)展提供強(qiáng)力支撐。然而，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的價(jià)值化，其起點(diǎn)是數(shù)據(jù)要能夠快速、有效、準(zhǔn)確獲取，僅僅將設(shè)備連接起來(lái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以支持設(shè)備通信，還需要多個(gè)層面的協(xié)議的協(xié)助，形成物聯(lián)網(wǎng)通信的“語(yǔ)言”，才能實(shí)現(xiàn)暢通通信。

多層級(jí)成熟的協(xié)議，助力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地

實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，相應(yīng)的互聯(lián)互通協(xié)議必不可少。協(xié)議是一組能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)不同機(jī)器或設(shè)備的有效通信、數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，類(lèi)似于人們之間用來(lái)交流的語(yǔ)言，需要通過(guò)一些方式，使交流語(yǔ)言統(tǒng)一，從而實(shí)現(xiàn)有效交流。

在互聯(lián)互通方面，物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)也參考了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典的五層架構(gòu)，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層，每一層都需要有專(zhuān)門(mén)的協(xié)議，才能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地。常用的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議包括：

物理層：根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于物理層的定義，一臺(tái)計(jì)算機(jī)要想訪問(wèn)其他計(jì)算機(jī)，首先要做是把這臺(tái)計(jì)算機(jī)和其他計(jì)算機(jī)連起來(lái)，通過(guò)光纜、雙絞線、無(wú)線電波等方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的相互連接，這些硬件就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的物理層。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，USB、串口通信協(xié)議等構(gòu)成了物理層的主要協(xié)議。USB（通用串行總線），是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊；串口通信協(xié)議一般包括RS-232、RS-422和RS-485等，規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，包含起始位、主體數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位及停止位，雙方需要約定一致的數(shù)據(jù)包格式才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)的有關(guān)規(guī)范。

數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是我們比較熟悉的各類(lèi)通信協(xié)議，既包括2G/3G/4G/5G/NB-IoT、LoRaWAN、Sigfox等遠(yuǎn)距離通信協(xié)議，也包括WiFi、藍(lán)牙、Zigbee、NFC等近距離通信協(xié)議。由于這些協(xié)議具有一定的技術(shù)門(mén)檻，且形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和技術(shù)陣營(yíng)，這一層的協(xié)議目前已成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最為熱門(mén)的領(lǐng)域，也驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的快速增長(zhǎng)。

網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層：包括IPv4、IPv6這些互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，以及在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，例如6LowPan，即IPv6 overLR-WPAN（基于IPv6的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)），在IEEE802 15.4規(guī)定了物理層和媒體訪問(wèn)控制層標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，引入IPv6滿(mǎn)足不同設(shè)備制造商的設(shè)備間的互聯(lián)和互操作性，制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用層：應(yīng)用層主要包括MQTT協(xié)議、CoAP協(xié)議等，其中MQTT提供了訂閱/發(fā)布兩種消息模式，更為簡(jiǎn)約、輕量，易于使用，特別適合于受限環(huán)境（帶寬低、網(wǎng)絡(luò)延遲高、網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定）的消息分發(fā)；CoAP是一種在物聯(lián)網(wǎng)世界的類(lèi)Web協(xié)議，適用于需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或監(jiān)控的小型低功率傳感器、開(kāi)關(guān)、閥門(mén)和類(lèi)似的組件。

聯(lián)網(wǎng)協(xié)議呈現(xiàn)出5個(gè)特點(diǎn)

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，IoT Analytics調(diào)研了全球200名企業(yè)高管，得出當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議呈現(xiàn)出的5個(gè)特點(diǎn)。

01

任何一個(gè)協(xié)議能夠適配所有場(chǎng)景

不存在一個(gè)“放之四海而皆準(zhǔn)”的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，業(yè)界對(duì)此已有共識(shí)，同時(shí)這一特點(diǎn)也給物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用造成一定的影響。IoT Analytics調(diào)研的樣本中，73%的受訪者指出，管理各種數(shù)據(jù)格式和協(xié)議延緩了他們擴(kuò)展項(xiàng)目速度。盡管如此，企業(yè)仍然要面對(duì)多樣的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)市場(chǎng)的碎片化，反映到物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議也不例外，雖然在特定行業(yè)中，一些協(xié)議占據(jù)主導(dǎo)地位，但仍然不能適配所有場(chǎng)景。

因此，在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，供應(yīng)商和客戶(hù)應(yīng)該考慮多重因素，選擇合適的協(xié)議組合。例如，應(yīng)用層的MQTT和數(shù)據(jù)鏈路層的NB-IoT 是兼容的，可以在穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中無(wú)缺陷地協(xié)同工作。然而，在一個(gè)惡劣的接收環(huán)境下，需要充分考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是否電池供電、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有多大、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是否穩(wěn)定、消息優(yōu)先級(jí)，這些是初期需要考慮的問(wèn)題。

更復(fù)雜的是，特定設(shè)備可能只支持專(zhuān)有協(xié)議，這些協(xié)議是由單個(gè)組織或個(gè)人創(chuàng)建和擁有，通常使它們與其他標(biāo)準(zhǔn)硬件不兼容。這種情況下，就需要一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。因此，當(dāng)被問(wèn)及連接設(shè)置問(wèn)題時(shí)，大多數(shù)受訪者提到互操作性是一個(gè)棘手的問(wèn)題。

02

越來(lái)越多技術(shù)人員采用物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)用協(xié)議

IoT Analytics研究表明，使用專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)定制的協(xié)議的連接份額預(yù)計(jì)將在未來(lái)兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過(guò)11%的增速，其中MQTT和CoAP兩種協(xié)議將實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)。這兩種協(xié)議在各方面都符合物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的要求，它們具有輕量級(jí)（尤其是低功耗對(duì)于電池供電的設(shè)備至關(guān)重要）、開(kāi)銷(xiāo)低（消息大小更?。┑奶攸c(diǎn)，非常適合傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。對(duì)于設(shè)備到中間件之間的連接場(chǎng)景，MQTT在未來(lái)兩年的連接份額預(yù)計(jì)會(huì)增加29%以上；在中間件和應(yīng)用程序之間的連接場(chǎng)景，CoAP是預(yù)計(jì)增長(zhǎng)最快的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，未來(lái)兩年內(nèi)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)30%以上。

03

軟件對(duì)于管理物聯(lián)網(wǎng)連接變得越來(lái)越重要

軟件作為連接設(shè)置的組成部分，隨著物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的興起，其重要性不斷增長(zhǎng)。過(guò)去10到15年中，由于軟件功能的發(fā)展，連接變得更為簡(jiǎn)單，大多數(shù)項(xiàng)目都是在內(nèi)部完成的，包括數(shù)據(jù)分析和可視化。與此同時(shí)，出現(xiàn)了管理連接的各類(lèi)新工具，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和其他中間件等工具是解決連接難題的組成部分。例如，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，大多數(shù)受訪者表示其都在采用微軟Azure IoT或AWS IoT等平臺(tái)工具，協(xié)議轉(zhuǎn)換器方面，PTC Kepware和Matrikon是使用最多的工具。

04

選擇新協(xié)議時(shí)，易用性和可靠性最關(guān)鍵

找到適合每個(gè)項(xiàng)目需求的正確物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議至關(guān)重要。例如，MQTT更加集中，更適合低帶寬、遠(yuǎn)程位置的連接；相比之下，DDS是分散的，功能更豐富，可以適應(yīng)高性能網(wǎng)絡(luò)。因此，在協(xié)議選擇時(shí)，需要比較潛在的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議及其屬性。根據(jù)IoT Analytics的研究，協(xié)議的易用性是最具影響力的因素，排在20多種特征中最首要的位置。另外，可靠性也受到高度重視。

05

選擇物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已成為多方聯(lián)合推進(jìn)的工作

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特征會(huì)影響決策過(guò)程，并有利于特定的協(xié)議，決策者必須對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估。IoT Analytics調(diào)研報(bào)告顯示，88%的受訪者表示，董事會(huì)/管理層擁有最終決策權(quán)，這一事實(shí)凸顯了物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇決策對(duì)公司的重要意義。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，涉及許多利益相關(guān)方，IoT Analytics調(diào)研的結(jié)果顯示，六個(gè)部門(mén)參與了這一過(guò)程，包括IT/技術(shù)部門(mén)和財(cái)務(wù)部門(mén)。同時(shí)，不同國(guó)家/地區(qū)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議選擇的決議有明顯的差異，北美公司對(duì)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的選擇似乎有一個(gè)更具協(xié)作性的戰(zhàn)略，相反，94%的歐洲受訪者認(rèn)為董事會(huì)/管理層是新物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的決策者。

物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目部署是一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期的過(guò)程，前期一些決策會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目是否能夠最終成功，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議選擇也是前期決策的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的增加，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議采用的重要性持續(xù)增長(zhǎng)。