纵论物联网（十）：物联网应用层协议

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导语



物联网的关键技术主要解决三个方面的问题：物体的识别、物体的连接、物体的数据交换。每个方面都有一些技术解决方案，在前面的文章中，我们介绍了RFID、NFC等物体识别及电子标签的技术，也介绍了物联网节点组网与接入的技术。这篇文章主要讲一下物联网的数据是如何处理的。

物联网关键技术大全

物联网应用层协议



LoRa、NB-IoT以及Zigbee、蓝牙主要解决的是物体互联以及接入网络的问题，从网络协议分层来看，基本上都属于数据链路层协议。对于物联网的数据交换，主要依靠应用层协议来解决。

在移动互联网中，最常用的应用层协议就是HTTP协议，HTTP协议同样可以用于物联网系统中。HTTP协议采取的是请求-响应（Request-Response）的通信机制，服务器没有办法主动给客户端发送消息。如果要实现这种消息推送，就需要借助WebSocket这种全双工的通信机制。
不过对于很多计算和存储资源有限的物联网节点，不太适合使用HTTP协议。除了HTTP协议以外，也有很多更适合于物联网应用的协议，比如MQTT、CoAP、AMQP、STOMP等。

各个物联网软件平台最常使用的物联网协议

发布-订阅机制



很多物联网应用层协议都是基于发布-订阅(Publish-Subscribe)机制，这种机制非常适合物联网系统应用。MQTT协议、STOMP协议、AMQP协议以及DDS协议都属于这种发布-订阅的机制。
每个传感器节点，采集的数据需要上传到网络，相当于是一个消息的发布，这个消息需要基于某个主题，比如传感器的类型。所有关心这个主题的节点，都可以通过订阅这个主题的消息，实时获取最新的数据。

消息的发布和订阅是基于某个主题的，实现机制一般依赖于消息队列

MQTT协议



消息队列遥测传输协议（MQTT : Message Queuing Telemetry Transport）是为大量计算能力有限，工作带宽有限、网络环境不可靠的传感器或控制器而设计的协议。

MQTT协议基于TCP协议

MQTT协议原来是IBM开发的一个即时通讯协议，基于TCP协议实现。MQTT客户端需要通过消息代理（MQTT Broker）来进行消息的发布和订阅。
MQTT协议的兼容性非常好，几乎支持所有平台，可以把各种物联网设备都连接起来。所以MQTT协议也是目前应用最广泛的物联网应用层协议。CoAP协议



受限应用协议（CoAP：Constrained Application Protocol）是6LowPAN协议栈中的应用层协议，基于REST（表述性状态传递）架构风格，支持REST交互。

CoAP协议基于UDP协议

CoAP基于UDP协议，其设计初衷就是尽可能地方便地转换为HTTP协议。CoAP让用户可以像使用HTTP协议一样，在资源受限的物联网设备中使用CoAP协议。AMQP协议



高级消息队列协议（AMQP：Advanced Message Queuing Protocol）是一个提供统一消息服务的应用层标准高级消息队列协议，为面向消息的中间件设计。

AMQP的工作原理

AMQP的工作原理与MQTT类似，也是基于发布-订阅机制。消息代理Broker的交换机组件（Exchange）会把接收到的消息，根据消息的主题，分配到不同的队列中，以便订阅者接收。

RabbitMQ就是在AMQP协议基础上实现的一个消息系统，遵循Mozilla Public License开源协议。RabbitMQ在互联网应用中常被用作消息服务器。STOMP协议



简单(流)文本定向消息协议（STOMP: Simple (or Streaming) Text Orientated Messaging Protocol)，提供了一个可互操作的连接格式，允许STOMP客户端与任意STOMP消息代理（Broker）进行交互。
STOMP协议由于设计简单，易于开发客户端，因此在多种语言和多种平台上得到广泛地应用。当前非常流行的开源消息服务器ActiveMQ、Apollo、RabbitMQ（需要插件）都支持STOMP协议。

ActiveMQ支持TCP、XMPP、STOMP等协议进行消息传输

STOMP基于TCP协议，客户端和服务器之间的通信是通过“帧”（Frame）来实现，每个帧由多“行”（Line）组成。STOMP协议定义了帧结构。

Stomp帧格式

STOMP帧第一行是命令，紧跟着键值对形式的Header内容。然后是一个空行，最后是Body内容。数据分发服务DDS


数据分发服务（DDS：Data Distribution Service for Real-Time Systems），是面向实时系统的数据分布服务，是由OMG组织提出的协议。

DDS的数据分发的实时效率非常高，能做到秒级内同时分发百万条消息到众多设备。DDS在服务质量（QoS）上提供非常多的保障途径，因此适用于国防军事、工业控制这些高可靠性、可安全性应用领域的原因。不过DDS目前还只限于在有线网络部署，无线网络的可靠性可能满足不了DDS的QoS要求。总结



上面列出了一些比较常见的物联网应用层协议，但并不全面，还有一些相对更加小众的协议，公开资料也比较少。目前很难说哪种物联网应用层协议会实现垄断局面，还要看各自生态和市场需求的未来发展。

如果希望了解更多关于物联网的信息，请继续关注“微说互联网”的“纵论物联网”系列。
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