物联网通信协议有哪几种？8 种物联网通信协议的用途/场景及技术规范

物联网（IoT）正在彻底改变我们感知日常物品并与之互动的方式。随着设备变得越来越智能，了解支持这些设备的底层通信技术也变得越来越重要。本文将深入概述已成为行业标准的各种物联网通信协议。

MQTT（消息队列遥测传输）

用途

MQTT 最初是为石油和天然气行业开发的，是一种广泛使用的轻量级消息传输协议，针对高延迟或不可靠网络进行了优化。

特点

采用发布-订阅模式，设备可发布或订阅主题。代理对消息进行调解，确保通信的可靠性。

使用场景

智能家居、远程监控和移动应用。

技术细节

• 协议类型： 应用层
• 传输： 通常使用 TCP/IP，但几乎可用于任何传输层。
• 端口号： 默认端口为 1883；端口 8883 用于通过 SSL 的 MQTT。
• QoS 级别：3（0 – 最多一次，1 – 至少一次，2 – 正好一次）

CoAP（受限应用协议）

用途

专为资源受限的设备设计，是一种专门的网络传输协议，可用于受限的节点和网络。

特点

使用 UDP 代替 TCP，适用于低带宽环境。

使用场景

智能城市、能源管理和家庭自动化。

技术细节

• 协议类型：应用层
• 传输：UDP
• 端口号：默认端口为 5683；端口 5684 用于 CoAP over DTLS（安全）。
• 响应类型：可确认 (CON)、不可确认 (NON)、确认 (ACK) 和重置 (RST)。

Zigbee

用途

一种基于 IEEE 802.15.4 标准的无线协议，设计用于个人区域网络。

特点

低功耗、支持网状网络，以可靠性和低延迟著称。

使用场景

家庭自动化、工业控制和医疗数据采集。

技术细节

• 协议类型： 应用层，但也定义下层。
• 频带：2.4 GHz（全球）、915 MHz（美洲）、868 MHz（欧洲）。
• 拓扑结构： 星形、网状和集群树形。
• 信道容量：2.4 GHz 频段 16 个信道，915 MHz 频段 10 个信道，868 MHz 频段 1 个信道。

Bluetooth and BLE (低功耗蓝牙)

用途

蓝牙以短距离通信著称，特别是其低能耗变体 BLE，因其低功耗而在物联网中大受欢迎。

特点

BLE 专注于将功耗降至最低，只需使用极小的纽扣电池即可工作数年。

使用场景

可穿戴健身追踪器、智能手表、医疗设备和接近传感器。

技术细节

• 协议类型： 主要是物理层和数据链路层，BLE 协议栈延伸至应用层。
• 频带：2.4 GHz ISM 频带。
• 拓扑结构： Piconet （星形拓扑）。
• 数据传输速率： 1 Mbps（BLE）和 2-3 Mbps（传统蓝牙）。

LoRa（远距离）

用途

长距离、低功耗无线平台正在成为构建物联网网络的实际选择。

特点

提供超长距离（农村地区超过 10 公里）和低功耗。

使用场景

农业、智能城市和基础设施监控。

技术细节

• 协议类型： 物理层
• 频带： 因地区而异（如欧洲为 868 MHz，北美为 915 MHz）。
• 调制： 线性调频扩频(CSS)。
• 灵敏度： 低至 -148 dBm。

NB-IoT（窄带物联网）

用途

有效连接设备的蜂窝技术，尤其是在偏远地区。

特点

覆盖范围广、功耗低，支持大量连接设备。

使用场景

智能计量、智能停车和农业应用。

技术细节

• 协议类型： 蜂窝，包含完整的协议栈。
• 带宽：200 kHz。
• 双工模式： 半双工。
• 峰值数据速率： 下行链路 250 kbps，上行链路 250 kbps： 下行链路 250 kbps，上行链路 250 kbps。

Thread

用途

一种用于安全连接众多设备的低功耗无线网状网络协议。

特点

基于 IPv6 等成熟的互联网协议。

使用场景

联网家庭、能源管理和楼宇自动化。

技术细节

• 协议类型： 主要是网络层和传输层。
• 频段：2.4 GHz。
• IPv6：使用 6LoWPAN 实现基于 IPv6 的高效通信。
• 路由： 采用 RPL（低功耗和有损网络路由协议）。

Z-Wave

用途

一种无线通信协议，设计用于家庭自动化，特别是远程控制应用。

特点

工作频率低于 1GHz，确保低延迟通信。

使用场景

灯、锁、恒温器和车库门开启器等设备。

技术细节

• 协议类型： 包含应用层、网络层和物理层。
• 频段： 因地区而异（如美国为 908.42 MHz，欧洲为 868.42 MHz）。
• 拓扑结构： 网状。
• 数据传输速率： 从 9.6 kbps 到 100 kbps 不等，取决于版本。

结论

选择合适的物联网通信协议需要考虑应用、设备能力、功率需求和所需范围。有了以上提供的复杂细节，开发人员和企业就能根据特定需求定制解决方案，确保在广阔的联网设备世界中进行有效通信。