物联网中的通信协议有哪些

物联网中的通信协议种类繁多，可大致分为接入协议和通讯协议。接入协议负责子网内设备间的组网及通信，通讯协议则运行在传统互联网 TCP/IP 协议之上，负责设备通过互联网进行数据交换及通信 。这些协议在物联网的不同应用场景中发挥着关键作用。

一、接入协议（一）无线接入协议1.Wi-Fi：基于 IEEE 802.11 标准，是日常生活中最为常见的无线网络协议。它的最大优势在于能够提供高速、可靠的通信能力，并且支持直接接入互联网，传输速度快，理论上最高可达数 Gbps，在实际应用中，常见的 Wi-Fi 5（802.11ac）和 Wi-Fi 6（802.11ax）也能轻松实现几百 Mbps 甚至更高的速率。在智能家居场景中，智能摄像头可以通过 Wi-Fi 将高清监控视频实时传输到用户的手机或云端存储，方便用户随时查看家中情况。不过，Wi-Fi 的能耗相对较高，更适合有稳定电力供应的设备，并且其覆盖范围通常在几十米左右，在复杂环境下信号容易受到干扰。2.蓝牙：一种短距离无线通信技术，主流版本包括传统蓝牙（BR/EDR）和蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）。蓝牙具有低功耗（BLE 模式下尤为突出）的特点，适合电池供电的小型设备，如智能手环、无线耳机等。它的数据速率较高，BLE 最高可达 2Mbps，传统蓝牙更是能达到 24Mbps ，而且兼容性广泛，几乎所有智能设备都支持蓝牙连接。在智能家居中，蓝牙可以用于连接智能门锁、智能灯泡等设备，用户通过手机即可轻松控制。蓝牙的缺点是传输距离较短，一般在 10 米左右，在连接多个设备时，可能会出现连接不稳定的情况。3.Zigbee：这是一种基于 IEEE 802.15.4 标准的低功耗、低速率无线通信协议，特别适合大规模节点网络。Zigbee 具有超低功耗的特性，非常适合长时间依靠电池供电的设备，它支持网状网络（Mesh），通过 Mesh 功能，一个子网络内可以支持多达 65000 个节点连接，大大增强了网络的覆盖范围和可靠性。其数据传输速率相对较低，最高为 250kbps 。在智能照明系统中，大量的智能灯泡可以通过 Zigbee 协议组成网络，实现统一控制和智能调光等功能。Zigbee 协议简单，开发成本低，还免收专利费用，但由于速率低，不太适合大数据量传输的场景。4.LoRa：LoRa™(Long Range，远距离) 是一种调制技术，与同类技术相比，它能提供更远的通信距离，一般可达几公里甚至更远。作为一种窄带无线技术，LoRa 主要用于广域物联网场景，如智能抄表、智能停车、环境监测等。在智能抄表中，分布在各个区域的电表、水表等可以通过 LoRa 将数据传输到集中器，再由集中器上传到管理平台，实现远程抄表和数据监控。LoRa 功耗较低，设备成本也相对较低，但数据传输速率不高，且在城市等复杂环境中，信号可能会受到建筑物等障碍物的影响。（二）有线接入协议1.串口通信协议：串口通信是指外设和计算机间，通过数据线按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。在串口通信中，常用的协议包括 RS-232、RS-422 和 RS-485。RS-232 是一种早期的串口通信协议，传输距离较短，一般不超过 15 米，传输速率也较低，最高为 20kb/s ，常用于计算机与一些低速外设，如早期的串口打印机、调制解调器等的连接。RS-422 采用平衡传输方式，传输距离更远，速率更高，可达 10Mbps ，允许多个接收器连接，常用于工业自动化领域中设备之间的通信。RS-485 则是在 RS-422 基础上发展而来，它不仅具备 RS-422 的优点，还能实现多节点连接，一个网络中最多可连接 32 个节点，甚至更多，在工业控制、楼宇自动化等领域应用广泛。2.以太网：是一种计算机局域网技术，IEEE 组织的 IEEE 802.3 标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网具有高速、稳定的特点，传输速率从 10Mbps 到 10Gbps 甚至更高都有，广泛应用于企业内部网络、工业自动化网络等场景。在智能工厂中，生产线上的设备通过以太网连接到工业互联网平台，实现数据的高速传输和实时交互，便于对生产过程进行监控和管理。以太网需要布线，部署成本相对较高，在一些难以布线的场景中应用受限。

二、通讯协议（一）基于 TCP/IP 的协议1.MQTT：MQTT（Message Queue Telemetry Transport），即消息队列遥测传输协议，主要提供了订阅 / 发布两种消息模式，更为简约、轻量，易于使用，特别适合于受限环境（带宽低、网络延迟高、网络通信不稳定）的消息分发，属于物联网（Internet of Thing）的一个标准传输协议。在物联网设备与服务器之间的通信中，MQTT 发挥着重要作用。例如，大量分布在不同地区的传感器设备可以通过 MQTT 协议将采集到的数据发送到服务器，服务器再根据这些数据进行分析和决策。MQTT 协议采用轻量级的发布 / 订阅模式，能够减少网络流量和设备资源消耗，同时支持可靠的消息传输，即使在网络不稳定的情况下，也能保证消息的送达。2.HTTP/RESTful：HTTP 是一个应用层的协议，特点是简捷快速。RESTful 是一种基于资源的软件架构风格，所谓资源，就是网络上的一个实体，或者说是网络上的一个具体信息。RESTful API 是基于 HTTP 协议的一种实现。满足 REST 规范的应用程序或设计就是 RESTful，根据 REST 规范设计的 API，就叫做 RESTful API。在物联网应用中，HTTP/RESTful 常用于与云端服务器进行数据交互，实现设备的远程控制和状态查询等功能。比如，用户可以通过手机 APP 发送 HTTP 请求到云端服务器，服务器再根据请求控制智能家居设备的开关、调节亮度等。HTTP/RESTful 协议简单易懂，与现有的互联网技术和应用生态兼容性好，但由于其基于文本传输，数据量相对较大，不太适合低带宽、高延迟的网络环境。（二）其他协议1.CoAP：CoAP（Constrained Application Protocol）是一种在物联网世界的类 Web 协议，适用于需要通过标准互联网网络进行远程控制或监控的小型低功率传感器，开关，阀门和类似的组件。CoAP 协议专门为资源受限的物联网设备设计，它采用二进制格式传输数据，相比 HTTP 协议，数据量更小，更节省带宽和设备资源。CoAP 支持 GET、POST、PUT、DELETE 等类似 HTTP 的方法，便于与现有的 Web 应用集成。在智能家居中，一些低功耗的传感器节点可以通过 CoAP 协议与网关进行通信，实现数据的上传和接收控制指令。2.6LoWPAN：6LoWPAN 是一种基于 IPv6 的低速无线个域网标准，即 IPv6 over IEEE 802.15.4。它将 IPv6 协议适配到低速率的无线个域网中，使得物联网设备能够直接接入 IPv6 网络，实现与互联网的无缝连接。6LoWPAN 解决了传统物联网设备在网络地址资源和互联互通方面的问题，具有低功耗、自组织、多跳路由等特点，适用于大规模的物联网传感器网络。例如，在智能农业中，大量的土壤湿度传感器、温度传感器等可以通过 6LoWPAN 协议组成网络，将数据传输到远程的农业管理平台，实现精准农业的监测和管理。

拓展阅读1.什么是 Mesh 网络：Mesh 网络是一种网状拓扑结构的网络，节点之间通过多跳连接，形成一个自组织、自修复的网络，能增强网络覆盖范围和可靠性，节点可同时作为路由器和终端设备。2.MQTT 协议的 QoS 等级有哪些：MQTT 协议的 QoS（服务质量）等级有 0 级（最多一次交付，不保证消息送达）、1 级（至少一次交付，保证消息送达但可能重复）、2 级（恰好一次交付，确保消息只送达一次且不重复） 。3.Zigbee 与 Z - wave 的区别：Zigbee 基于 IEEE 802.15.4 标准，数据速率相对较高（最高 250kbps），可支持更多节点（多达 65000 个）；Z - wave 专为家庭自动化设计，工作于低频段，数据速率较低（最高 100kbps），节点数可达 232 个 ，在家庭自动化场景中 Z - wave 的兼容性和稳定性表现较好。