物聯網數據的價值化，其(qi)起點(dian)是數據要能(neng)夠快速、有效、準(zhun)確(que)獲取，僅(jin)僅(jin)將(jiang)設(she)備連接起來遠遠不足以(yi)支持設(she)備通信(xin)(xin)，還需要多個(ge)層面協(xie)(xie)議(yi)的協(xie)(xie)助(zhu)，形成物聯網通信(xin)(xin)的“語言”，才能(neng)實(shi)現(xian)暢通通信(xin)(xin)。
近日，專注于(yu)物(wu)聯(lian)網(wang)的市場研(yan)究機構IoT Analytics發(fa)(fa)布了其最(zui)新的《物(wu)聯(lian)網(wang)通信(xin)協議應用報告2022》，跟蹤物(wu)聯(lian)網(wang)各層協議發(fa)(fa)展現(xian)狀和(he)未來趨勢。
當前(qian)，全球已(yi)有(you)(you)超過120億的(de)(de)(de)物(wu)聯網(wang)(wang)連(lian)接(jie)，各類設(she)備(bei)(bei)通過物(wu)聯網(wang)(wang)連(lian)接(jie)，會產(chan)生(sheng)大量以(yi)往很(hen)難(nan)獲取(qu)的(de)(de)(de)有(you)(you)效數據(ju)(ju)。當前(qian)，數據(ju)(ju)作(zuo)為生(sheng)產(chan)要素(su)已(yi)成為全球共識，物(wu)聯網(wang)(wang)數據(ju)(ju)的(de)(de)(de)價值化具有(you)(you)廣(guang)闊的(de)(de)(de)前(qian)景(jing)，能(neng)為各行業數字化發(fa)展提供強(qiang)力(li)支撐(cheng)。然(ran)而，物(wu)聯網(wang)(wang)數據(ju)(ju)的(de)(de)(de)價值化，其起點是數據(ju)(ju)要能(neng)夠快速、有(you)(you)效、準確(que)獲取(qu)，僅僅將(jiang)設(she)備(bei)(bei)連(lian)接(jie)起來遠(yuan)遠(yuan)不足(zu)以(yi)支持設(she)備(bei)(bei)通信，還(huan)需要多(duo)個層面的(de)(de)(de)協(xie)議的(de)(de)(de)協(xie)助，形成物(wu)聯網(wang)(wang)通信的(de)(de)(de)“語言(yan)”，才能(neng)實現暢通通信。
多層級成熟的協議，助力物聯網應用落地
實現萬物互聯，相應的互聯互通協議必不可少。協議是一組能夠在網絡環境中實現不同機器或設備的有效通信、數據交換的規則，類似于人們之間用來交流的語言，需要通過一些方式，使交流語言統一，從而實現有效交流。
在互聯互通方面，物聯網的架構也參考了計算機網絡經典的五層架構，即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層，每一層都需要有專門的協議，才能實現物聯網應用落地。常用的物聯網協議包括：
物理層：根據計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)網(wang)絡對于(yu)(yu)物(wu)(wu)理(li)層的(de)(de)(de)(de)定(ding)義，一(yi)臺計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)要(yao)想訪問(wen)其(qi)他計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)，首先(xian)要(yao)做是把這(zhe)臺計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)和其(qi)他計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)連(lian)起來，通過光纜、雙絞線、無線電波等方(fang)式實(shi)現計(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)之間的(de)(de)(de)(de)相互連(lian)接，這(zhe)些(xie)硬件就構成(cheng)了網(wang)絡的(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)理(li)層。對于(yu)(yu)物(wu)(wu)聯網(wang)來說，USB、串(chuan)口通信協議(yi)等構成(cheng)了物(wu)(wu)理(li)層的(de)(de)(de)(de)主要(yao)協議(yi)。USB（通用(yong)串(chuan)行總(zong)線），是一(yi)個外部總(zong)線標準(zhun)，用(yong)于(yu)(yu)規(gui)(gui)范電腦與外部設備的(de)(de)(de)(de)連(lian)接和通訊；串(chuan)口通信協議(yi)一(yi)般包(bao)(bao)括RS-232、RS-422和RS-485等，規(gui)(gui)定(ding)了數(shu)據包(bao)(bao)的(de)(de)(de)(de)內(nei)容，包(bao)(bao)含起始(shi)位(wei)、主體數(shu)據、校驗(yan)位(wei)及停止位(wei)，雙方(fang)需要(yao)約定(ding)一(yi)致的(de)(de)(de)(de)數(shu)據包(bao)(bao)格式才能正常(chang)收(shou)發數(shu)據的(de)(de)(de)(de)有關規(gui)(gui)范。
數據鏈路層：數據鏈路層協(xie)議是我們比較(jiao)熟悉的(de)(de)各(ge)類通(tong)信協(xie)議，既包(bao)括2G/3G/4G/5G/NB-IoT、LoRaWAN、Sigfox等遠距離通(tong)信協(xie)議，也包(bao)括WiFi、藍牙、Zigbee、NFC等近距離通(tong)信協(xie)議。由于這(zhe)些協(xie)議具(ju)有一定(ding)的(de)(de)技(ji)術門(men)檻，且形成相應的(de)(de)產業生態和(he)技(ji)術陣營，這(zhe)一層的(de)(de)協(xie)議目前(qian)已(yi)成為(wei)物(wu)聯(lian)網領域最為(wei)熱門(men)的(de)(de)領域，也驅動(dong)物(wu)聯(lian)網連接(jie)數的(de)(de)快(kuai)速增長。
網絡層和傳輸層：包括IPv4、IPv6這些互(hu)(hu)聯網協議，以及在此基礎上的(de)(de)創新，例如6LowPan，即IPv6 overLR-WPAN（基于IPv6的(de)(de)低速無線個域網標(biao)(biao)準(zhun)），在IEEE802 15.4規定了物理層(ceng)和媒體訪(fang)問控制(zhi)層(ceng)標(biao)(biao)準(zhun)基礎上，引入IPv6滿足不同設(she)(she)備(bei)制(zhi)造商的(de)(de)設(she)(she)備(bei)間的(de)(de)互(hu)(hu)聯和互(hu)(hu)操作性，制(zhi)定統一的(de)(de)網絡層(ceng)標(biao)(biao)準(zhun)。
應用層：應用(yong)(yong)(yong)層主要包括(kuo)MQTT協(xie)議(yi)(yi)、CoAP協(xie)議(yi)(yi)等(deng)，其中MQTT提供(gong)了(le)訂閱(yue)/發布(bu)兩種消息(xi)(xi)模(mo)式，更(geng)為簡約、輕量(liang)，易于使用(yong)(yong)(yong)，特別適合(he)于受(shou)限環(huan)境(jing)（帶寬低(di)、網(wang)(wang)絡(luo)延遲高(gao)、網(wang)(wang)絡(luo)通信不穩定）的(de)(de)消息(xi)(xi)分發；CoAP是一種在物(wu)聯網(wang)(wang)世界的(de)(de)類(lei)Web協(xie)議(yi)(yi)，適用(yong)(yong)(yong)于需要通過(guo)標準互(hu)聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)絡(luo)進(jin)行遠程控(kong)制或監控(kong)的(de)(de)小型低(di)功(gong)率傳感器、開關、閥門和(he)類(lei)似的(de)(de)組件(jian)。
物聯網協議呈現出5個特點
針對物聯網協(xie)議(yi)，IoT Analytics調(diao)研了全(quan)球(qiu)200名企(qi)業(ye)高(gao)管，得出當前物聯網協(xie)議(yi)呈現出的5個特(te)點。
（1）任何一個協議能夠適配所有場景
不存在(zai)一個“放之四海而皆準”的(de)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)協(xie)議，業界對(dui)此已(yi)有(you)共識，同時(shi)這(zhe)一特點也給物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)應(ying)用(yong)造(zao)成一定的(de)影響。IoT Analytics調研的(de)樣本中，73%的(de)受(shou)訪者指出，管(guan)理各(ge)種(zhong)數據格式和協(xie)議延緩了他們擴展項目速度(du)。盡管(guan)如(ru)此，企業仍然要面對(dui)多(duo)樣的(de)物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)協(xie)議，因為物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)市場(chang)的(de)碎(sui)片化，反映到物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)協(xie)議也不例(li)外，雖(sui)然在(zai)特定行(xing)業中，一些協(xie)議占據主導(dao)地位，但(dan)仍然不能(neng)適(shi)配所有(you)場(chang)景。
因(yin)此，在(zai)(zai)物聯(lian)網(wang)(wang)項目應用(yong)過程中，供應商和(he)客(ke)戶應該考慮(lv)(lv)(lv)多重因(yin)素，選(xuan)擇合(he)適的(de)(de)(de)協(xie)(xie)議組合(he)。例(li)如，應用(yong)層的(de)(de)(de)MQTT和(he)數據(ju)鏈路(lu)層的(de)(de)(de)NB-IoT 是(shi)兼(jian)容的(de)(de)(de)，可以在(zai)(zai)穩定(ding)的(de)(de)(de)網(wang)(wang)絡中無缺陷地協(xie)(xie)同工作(zuo)。然而，在(zai)(zai)一個惡劣的(de)(de)(de)接收環境下，需要(yao)(yao)充分考慮(lv)(lv)(lv)物聯(lian)網(wang)(wang)設備是(shi)否電(dian)池供電(dian)、傳輸的(de)(de)(de)數據(ju)量(liang)有多大、網(wang)(wang)絡環境是(shi)否穩定(ding)、消(xiao)息優(you)先級，這些是(shi)初期需要(yao)(yao)考慮(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)問題。
更復雜的是，特定設備可能只支(zhi)持專有(you)協(xie)議，這些協(xie)議是由單個(ge)組(zu)織或(huo)個(ge)人創(chuang)建和(he)擁有(you)，通常使它們與其他標準(zhun)硬(ying)件不兼(jian)容。這種情況下，就需要(yao)一(yi)個(ge)協(xie)議轉換器。因此(ci)，當被問及連(lian)接(jie)設置問題時(shi)，大多數受訪者提到互(hu)操作性是一(yi)個(ge)棘手的問題。
（2）越來越多技術人員采用專為物聯網設計的協議
IoT Analytics研(yan)究表明(ming)，使用專為物聯網(wang)定制的(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)(xie)議(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)連接份額預(yu)計將在(zai)(zai)未來兩(liang)年(nian)內實現(xian)超(chao)過11%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增速，其中MQTT和CoAP兩(liang)種(zhong)(zhong)協(xie)(xie)議(yi)(yi)將實現(xian)引領。這兩(liang)種(zhong)(zhong)協(xie)(xie)議(yi)(yi)在(zai)(zai)各方面(mian)都符合物聯網(wang)網(wang)絡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求，它們具有輕量級（尤其是低功耗對于(yu)電池供電的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設備(bei)至關(guan)重要）、開銷低（消息大(da)小更小）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點，非常適(shi)合傳感器網(wang)絡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用。對于(yu)設備(bei)到中間(jian)(jian)件之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)連接場(chang)景(jing)，MQTT在(zai)(zai)未來兩(liang)年(nian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)連接份額預(yu)計會增加29%以(yi)上；在(zai)(zai)中間(jian)(jian)件和應用程序之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)連接場(chang)景(jing)，CoAP是預(yu)計增長最快的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物聯網(wang)協(xie)(xie)議(yi)(yi)，未來兩(liang)年(nian)內預(yu)計將增長30%以(yi)上。
（3）軟件對于管理物聯網連接變得越來越重要
軟(ruan)(ruan)件(jian)作為(wei)連(lian)接(jie)(jie)設置的(de)(de)組(zu)成部(bu)分(fen)，隨著物聯(lian)網(wang)(wang)(wang)協議的(de)(de)興起，其重(zhong)要性不斷增長。過去10到15年中(zhong)，由于軟(ruan)(ruan)件(jian)功能(neng)的(de)(de)發展，連(lian)接(jie)(jie)變得更(geng)為(wei)簡單，大多數項目都是(shi)在內部(bu)完成的(de)(de)，包括(kuo)數據分(fen)析和可視化(hua)。與(yu)此同時，出現了管理連(lian)接(jie)(jie)的(de)(de)各類新工具，物聯(lian)網(wang)(wang)(wang)平(ping)臺(tai)(tai)、協議轉(zhuan)換器(qi)和其他中(zhong)間件(jian)等工具是(shi)解決連(lian)接(jie)(jie)難題的(de)(de)組(zu)成部(bu)分(fen)。例(li)如，針(zhen)對物聯(lian)網(wang)(wang)(wang)平(ping)臺(tai)(tai)，大多數受訪者表(biao)示其都在采(cai)用微軟(ruan)(ruan)Azure IoT或AWS IoT等平(ping)臺(tai)(tai)工具，協議轉(zhuan)換器(qi)方(fang)面，PTC Kepware和Matrikon是(shi)使用最多的(de)(de)工具。
（4）在選擇新協議時，易用性和可靠性是最重要的因素
找到適合每個項目需求(qiu)的(de)(de)正確物聯網協(xie)議至關重(zhong)要(yao)。例如(ru)，MQTT更加集中(zhong)，更適合低帶寬、遠程位置的(de)(de)連接；相(xiang)比之下，DDS是(shi)分(fen)散的(de)(de)，功能更豐(feng)富，可(ke)以適應高性(xing)(xing)能網絡。因(yin)此，在協(xie)議選擇時(shi)，需要(yao)比較潛在的(de)(de)物聯網協(xie)議及其屬(shu)性(xing)(xing)。根據IoT Analytics的(de)(de)研究，協(xie)議的(de)(de)易用性(xing)(xing)是(shi)最具影響力的(de)(de)因(yin)素，排在20多種(zhong)特征中(zhong)最首(shou)要(yao)的(de)(de)位置。另(ling)外(wai)，可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)也受到高度重(zhong)視(shi)。
（5）對物聯網協議選擇的決策已經成為多方聯合推進的工作
物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)應用的(de)(de)特(te)征(zheng)會影響決策(ce)(ce)過程(cheng)，并有(you)利于特(te)定的(de)(de)協議(yi)，決策(ce)(ce)者(zhe)必須對(dui)它們(men)進行詳細的(de)(de)評估。IoT Analytics調(diao)研報(bao)告顯(xian)示，88%的(de)(de)受(shou)訪(fang)者(zhe)表示，董事(shi)(shi)會/管理(li)層擁有(you)最(zui)終決策(ce)(ce)權(quan)，這(zhe)一(yi)事(shi)(shi)實凸顯(xian)了物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)協議(yi)的(de)(de)選(xuan)擇(ze)決策(ce)(ce)對(dui)公司(si)的(de)(de)重要意義。物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)協議(yi)的(de)(de)選(xuan)擇(ze)是一(yi)項艱巨的(de)(de)任務，涉及許多利益相(xiang)關方(fang)，IoT Analytics調(diao)研的(de)(de)結果顯(xian)示，六個(ge)部門參(can)與了這(zhe)一(yi)過程(cheng)，包括IT/技術部門和財務部門。同(tong)時(shi)，不同(tong)國家/地區(qu)針對(dui)物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)協議(yi)選(xuan)擇(ze)的(de)(de)決議(yi)有(you)明顯(xian)的(de)(de)差(cha)異，北美(mei)公司(si)對(dui)物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)協議(yi)的(de)(de)選(xuan)擇(ze)似(si)乎有(you)一(yi)個(ge)更(geng)具(ju)協作(zuo)性的(de)(de)戰略，相(xiang)反，94%的(de)(de)歐洲(zhou)受(shou)訪(fang)者(zhe)認為董事(shi)(shi)會/管理(li)層是新物聯(lian)(lian)網(wang)(wang)協議(yi)的(de)(de)決策(ce)(ce)者(zhe)。
物(wu)聯網的(de)(de)項目部(bu)署(shu)是一(yi)個相對長(chang)期的(de)(de)過程(cheng)，前期一(yi)些決策(ce)會影響物(wu)聯網項目是否能夠最終成功(gong)，物(wu)聯網協議選擇也是前期決策(ce)的(de)(de)一(yi)個關鍵點，隨著聯網設備數量的(de)(de)增加，物(wu)聯網協議采用的(de)(de)重要(yao)性持續增長(chang)。
