物联网通信协议

上一节我们学习了物联网系统中常见的传输方式，包括有线通信和无线通信两大类。但是有了物理层的通信技术还不够，还需要传输层的通信协议，才能实现可靠的设备间通信和数据交换。因此这一节我们将探讨物联网系统中常用的一些通讯协议，包括 TCP/IP、MQTT、CoAP、HTTP 等。

TCP

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的通信协议，用于确保可靠的数据传输。它通过三次握手建立连接，提供流式传输，以及错误检测和重传机制，确保数据的完整性和可靠性。在物联网中，TCP常用于对数据传输要求严格的场景，如传感器数据的精准采集和控制设备的远程管理。

另外，由于 TCP 协议位于 OSI 模型的传输层，具有很强的灵活性，因此它往往会在某个公司或者组织内部使用，按需定制自己的私有协议。

UDP

UDP（User Datagram Protocol）是一种面向无连接的通信协议，它提供了更轻量级的数据传输。与 TCP 不同，UDP 不进行连接的建立和维护，也没有数据重传机制，具有较低的时延和较少的开销。这使得 UDP 适用于对实时性要求较高的应用，如音频和视频流传输。在物联网中，UDP 常用于实时监测和简单数据传输。

HTTP

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是一种应用层协议，用于在 Web 上传输超文本。它基于客户端-服务器模型，通过请求-响应机制进行通信。在物联网中，HTTP 通常用于与云服务进行数据交互，例如从设备上传感器数据到云端或从云端获取指令以远程控制设备。对于设备硬件和网络带宽充裕的场景，HTTP 依然是最合适的选择之一。

MQTT

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级、开放的消息传输协议，专为低带宽、高延迟或不稳定网络环境设计。它采用发布-订阅模型，允许设备通过订阅主题接收消息，以及通过发布主题发送消息。具有报文紧凑、轻量可靠、支持 QoS 等特点。

MQTT 是物联网行业推荐协议之一，适用于设备间的实时通信，如传感器数据的发布和订阅，在智能硬件、车联网、能源、电力等领域都有广泛应用。

关于 Modbus 的详细介绍，请看《MQTT 教程》。

CoAP

CoAP（Constrained Application Protocol）是一种专为受限设备和网络设计的应用层协议。它基于 RESTful 架构，支持低带宽和低能耗设备的通信。CoAP 适用于物联网中资源受限的设备，如传感器和执行器，以实现轻量级的互联。

你可以简单地将 CoAP 理解为物联网世界中的 HTTP 协议，它同样使用了请求/响应交互模型。但协议设计更加精炼，并且采用 UDP 协议进行数据传输，因此更适用于资源受限的低功耗设备，尤其是 NB-IoT 的设备使用。

CoAP 在水表、电表等资源受限的低功耗设备上应用广泛。

Modbus

Modbus 是一种用于串行通信的通信协议，广泛用于工业自动化领域。它支持主从结构，允许主设备请求从设备的数据。在物联网中，Modbus 常用于连接传感器和控制器，实现实时数据交换和设备控制。

Modbus 协议包括 ASCII、RTU、TCP 三种报文类型，物理层传输通道可以是 RS-485 或者以太网。

关于 Modbus 的详细介绍，请看《Modbus 教程》。

OPC-UA

OPC-UA（OPC Unified Architecture，OPC 统一架构）是一种面向服务的通信协议，用于实现不同设备和系统之间的互操作性。它支持独立于硬件和操作系统的通信，并提供安全性和可扩展性。在物联网中，OPC-UA 用于连接和集成各种设备，包括传感器、工业设备和云服务。

OPC-UA 是一项开源的、独立于平台的标准协议。它更适用于远程访问，集成在现场设备、控制系统、制造执行系统和企业资源规划系统等应用领域的制造软件中。

OPC-DA

OPC-DA（OPC Data Access）是 OPC（OLE for Process Control）规范中的一部分，用于实现实时数据访问。它提供了标准化的接口，定义了包括数据值，更新时间与数据品质信息的相关标准，使得不同制造商的设备可以通过相同的协议进行通信。

在物联网中，OPC-DA 常用于工业自动化和监控系统中的实时数据交互。