工业互联网大数据通信协议详解

工业互联网大数据通信协议详解

序言

物联网终端的种类非常多，包括物联网网关、通信模块以及大量的行业终端，其中尤以行业终端的种类最为丰富。通信模块是物联网应用终端的基础。物联网的行业终端种类繁多，体积、处理能力、对外接口等各不相同，通信模块将成为物联网智能服务通道的统一承载体，嵌入各种行业终端，为各行各业提供物联网的智能通道服务。而在通信中，通信协议尤其重要，是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定，而且根据终端环境的不同对通信协议的要求完全不一致。

那么物联网都有哪些通信协议？你都了解吗？他们适用的环境又是如何？

与互联网时代TCP/IP，HTTP 一统天下的局面不同，物联网的通信环境有Ethernet，Wi-Fi，RFID，NFC(近距离无线通信)，Zigbee，6LoWPAN(IPV6 低速无线版本)，Bluetooth，GSM，GPRS， GPS， 3G， 4G 等网络，而每一种通信应用协议都有一定适用范围。AMQP、JMS、REST/HTTP 都是工作在以太网，COAP 协议是专门为资源受限设备开发的协议，而DDS 和MQTT 的兼容性则强很多。

这儿举个智能家居的例子，说明下这些协议侧重应用方向。智能家居中智能灯光控制，可以使用XMPP 协议控制灯的开关；智能家居的电力供给，发电厂的发动机组的监控可以使用 DDS 协议；当电力输送到千家万户时，电力线的巡查和维护，可以使用MQTT 协议；家里的所有电器的电量消耗，可以使用 AMQP 协议，传输到云端或家庭网关中进行分析；最后用户想把自家的能耗查询服务公布到互联网上，那么可以使用 REST/HTTP 来开放 API 服务。

下面我们将一一详细介绍下这些协议：

1.REST(松耦合服务调用)

REST 即表述性状态传递(英文：Representational State

Transfer，简称 REST) 是 Roy Fielding 博士在 2000 年他的博士论文中提出来的一种软件架构风格。它是一种针对网络应用的设计和开发方式，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。

而 REST 被应用于物联网主要是基于 HTTP web 服务的转化，因为 REST 模式的 Web 服务与复杂的 SOAP 和 XML-RPC 对比来讲明显的更加简洁，越来越多的 web 服务开始采用 REST 风格设计和实现。

特点：

1.给一切物体一个 ID

2.连接物体在一起

3.使用标准方法

4.资源多重表述

5.无状态通信

REST 其实是互联网中服务调用 API 封装风格，物联网中数据采集到物联网应用系统中，在物联网应用系统中，可以通过开放 REST API 的方式，把数据服务开放出去，被互联网中其他应用所调用，所以它非常利于服务平台与物联终端的独立开发，但它的通讯数据量与API 内容密切相关，且是一种无状态通信，对安全机制需要重新设计。

2.CoAP 协议

由于物联网中的很多设备都是资源受限型的，即只有少量的内存空间和有限的计算能力，所以传统的HTTP 协议应用在物联网上就显得过于庞大而不适用。 IETF 的 CoRE 工作组提出了一种基于 REST 架构的 CoAP 协议。

CoAP 是一种应用层协议，它运行于UDP 协议之上而不是像HTTP 那样运行于TCP 之上。CoAP 协议非常的小巧，最小的数据包仅为 4 字节。

CoAP 协议是否可以替换 HTTP 协议?

CoAP 并不能替代HTTP 协议，但是对于那些小设备(256KB Flash 32KB RAM 20MHz 主频) 而言 CoAP 的确是一个好的解决方案。CoAP 消息类型

CoAP 采用和 HTTP 协议相同的请求响应工作模式。CoAP 协议共

有 4 中不同的消息类型。

CON——需要被确认的请求，如果CON 请求被发送，那么对方必须做出响应。

NON——不需要被确认的请求，如果 NON 请求被发送，那么对方不必做出回应。

ACK——应答消息，如果接受到 CON 消息的响应。

RST——复位消息，当接收者接受到的消息包含一个错误，接受者解析消息或者不再关心发送者发送的内容，那么复位消息将会被发送。

CoAP 消息结构

一个 CoAP 消息最小为 4 个字节，以下是 CoAP 协议不同部分的描述。

【版本 Version】：类似于 IPv6 和 IPv6，仅仅是一个版本号。

【消息类型 Message Type】：CON，NON，ACK，RST。这些消息类型相当于 HTTP 协议的 PUTGET 等

【消息 ID Message ID】：每个 CoAP 消息都有一个 ID，在一次会话中 ID 总是保持不变。但是在这个会话之后该 ID 会被回收利用。

【标记 T oken】：标记是 ID 的另一种表现、

【选项Options】：CoAP 选项类似于HTTP 请求头，它包括CoAP 消息本身，例如 CoAP 端口号，CoAP 主机和 CoAP 查询字符串等。

【负载 Payload】：真正有用的被交互的数据。

在当前由 PC 机组成的世界，信息交换是通过 TCP 和应用层协议HTTP 实现的。但是对于小型设备而言，实现 TCP 和 HTTP 协议显然是一个过分的要求。为了让小设备可以接入互联网，CoAP 协议被设计出来。

3.MQTT 协议 (低带宽)

MQTT(Message Queuing T elemetry Transport，消息队列遥测传输协议)，是一种基于发布 / 订阅 (publish/subscribe) 模式的“轻量级” 通讯协议，该协议构建于 TCP/IP 协议上，由 IBM 在 1999 年