物聯網數據的(de)價值化，其起(qi)(qi)點是數據要能夠(gou)快速、有效、準確獲取，僅僅將設備連接起(qi)(qi)來遠(yuan)遠(yuan)不足以支(zhi)持設備通信，還需要多(duo)個(ge)層面協(xie)議的(de)協(xie)助，形成(cheng)物聯網(wang)通信的(de)“語言”，才能實現暢(chang)通通信。
近日(ri)，專注于物聯(lian)網(wang)(wang)的(de)市場研究機構IoT Analytics發布了其(qi)最新的(de)《物聯(lian)網(wang)(wang)通信協議(yi)應用報(bao)告2022》，跟蹤物聯(lian)網(wang)(wang)各層協議(yi)發展現狀(zhuang)和未來趨勢。
當(dang)前，全球已有(you)超(chao)過120億的(de)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)(wang)連接(jie)，各類設(she)備通(tong)(tong)過物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)(wang)連接(jie)，會(hui)產(chan)生(sheng)大量以往很(hen)難獲(huo)取(qu)的(de)有(you)效(xiao)數(shu)據(ju)。當(dang)前，數(shu)據(ju)作為(wei)(wei)生(sheng)產(chan)要素已成(cheng)為(wei)(wei)全球共(gong)識，物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)(wang)數(shu)據(ju)的(de)價值化(hua)具有(you)廣闊的(de)前景(jing)，能(neng)(neng)為(wei)(wei)各行業數(shu)字化(hua)發展提供強力支撐。然而，物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)(wang)數(shu)據(ju)的(de)價值化(hua)，其起點是數(shu)據(ju)要能(neng)(neng)夠快速、有(you)效(xiao)、準(zhun)確獲(huo)取(qu)，僅(jin)僅(jin)將設(she)備連接(jie)起來遠遠不足以支持(chi)設(she)備通(tong)(tong)信(xin)，還(huan)需要多個層面的(de)協(xie)議的(de)協(xie)助，形成(cheng)物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)(wang)通(tong)(tong)信(xin)的(de)“語言”，才能(neng)(neng)實現暢(chang)通(tong)(tong)通(tong)(tong)信(xin)。
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(di)。常用的物(wu)聯網(wang)協議包括：
物理層：根(gen)據(ju)(ju)計(ji)算(suan)機網(wang)絡對于物理(li)層的(de)定義，一(yi)臺計(ji)算(suan)機要(yao)想訪問(wen)其他計(ji)算(suan)機，首先(xian)要(yao)做是把這臺計(ji)算(suan)機和其他計(ji)算(suan)機連起來(lai)，通過光纜、雙絞線(xian)、無(wu)線(xian)電(dian)(dian)波等(deng)方式(shi)(shi)實現計(ji)算(suan)機之間(jian)的(de)相互(hu)連接(jie)，這些硬件(jian)就構成了網(wang)絡的(de)物理(li)層。對于物聯網(wang)來(lai)說，USB、串(chuan)口(kou)通信(xin)協議(yi)(yi)等(deng)構成了物理(li)層的(de)主要(yao)協議(yi)(yi)。USB（通用(yong)串(chuan)行總線(xian)），是一(yi)個外部(bu)總線(xian)標準，用(yong)于規范(fan)電(dian)(dian)腦與外部(bu)設(she)備的(de)連接(jie)和通訊；串(chuan)口(kou)通信(xin)協議(yi)(yi)一(yi)般包括RS-232、RS-422和RS-485等(deng)，規定了數(shu)(shu)據(ju)(ju)包的(de)內容，包含起始位(wei)、主體數(shu)(shu)據(ju)(ju)、校驗位(wei)及停止位(wei)，雙方需要(yao)約定一(yi)致的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)包格式(shi)(shi)才能正常收發數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)有關規范(fan)。
數據鏈路層：數(shu)據鏈路層協議(yi)(yi)是我們比較熟悉的(de)(de)各(ge)類通(tong)信(xin)協議(yi)(yi)，既包(bao)括2G/3G/4G/5G/NB-IoT、LoRaWAN、Sigfox等遠距離(li)(li)通(tong)信(xin)協議(yi)(yi)，也(ye)包(bao)括WiFi、藍牙(ya)、Zigbee、NFC等近(jin)距離(li)(li)通(tong)信(xin)協議(yi)(yi)。由(you)于(yu)這(zhe)些協議(yi)(yi)具(ju)有(you)一定的(de)(de)技術門(men)(men)檻，且形成(cheng)相(xiang)應(ying)的(de)(de)產業生(sheng)態(tai)和技術陣營，這(zhe)一層的(de)(de)協議(yi)(yi)目(mu)前(qian)已成(cheng)為物(wu)聯(lian)網領域最為熱門(men)(men)的(de)(de)領域，也(ye)驅動(dong)物(wu)聯(lian)網連(lian)接數(shu)的(de)(de)快速增(zeng)長。
網絡層和傳輸層：包括IPv4、IPv6這些互聯網協(xie)議，以及在此基礎上的創新(xin)，例如6LowPan，即IPv6 overLR-WPAN（基于IPv6的低速無(wu)線個域(yu)網標(biao)(biao)準），在IEEE802 15.4規(gui)定了物理層和(he)媒體(ti)訪問(wen)控制(zhi)層標(biao)(biao)準基礎上，引入IPv6滿足不同設備制(zhi)造商的設備間的互聯和(he)互操(cao)作(zuo)性，制(zhi)定統一的網絡層標(biao)(biao)準。
應用層：應用層主要包括MQTT協(xie)議、CoAP協(xie)議等，其中MQTT提供了訂閱/發布兩種消息模式，更為簡約、輕(qing)量，易(yi)于(yu)使用，特(te)別適合于(yu)受限環境（帶(dai)寬低、網(wang)絡(luo)(luo)延(yan)遲高、網(wang)絡(luo)(luo)通(tong)信不(bu)穩定）的(de)消息分發；CoAP是一種在物聯網(wang)世(shi)界的(de)類(lei)Web協(xie)議，適用于(yu)需要通(tong)過標準互聯網(wang)網(wang)絡(luo)(luo)進(jin)行遠程(cheng)控制(zhi)或監控的(de)小型低功率傳感器(qi)、開關、閥門和類(lei)似的(de)組件。
物聯網協議呈現出5個特點
針對物(wu)聯(lian)網協議，IoT Analytics調研了全(quan)球200名企業高管，得出當前(qian)物(wu)聯(lian)網協議呈現出的5個特(te)點。
（1）任何一個協議能夠適配所有場景
不(bu)存(cun)在一(yi)個(ge)“放(fang)之四海(hai)而皆準”的(de)物(wu)聯網協(xie)議(yi)(yi)，業界對此已有(you)共識，同時這一(yi)特點也(ye)給物(wu)聯網應用造(zao)成一(yi)定的(de)影響。IoT Analytics調研(yan)的(de)樣(yang)(yang)本中，73%的(de)受訪者指出，管理(li)各種數據格式和協(xie)議(yi)(yi)延緩了他們擴展項目速度(du)。盡管如(ru)此，企(qi)業仍(reng)然要面對多樣(yang)(yang)的(de)物(wu)聯網協(xie)議(yi)(yi)，因為物(wu)聯網市場(chang)的(de)碎片(pian)化(hua)，反映到(dao)物(wu)聯網協(xie)議(yi)(yi)也(ye)不(bu)例外(wai)，雖然在特定行(xing)業中，一(yi)些協(xie)議(yi)(yi)占據主導地位，但仍(reng)然不(bu)能適配所有(you)場(chang)景。
因此，在物聯(lian)網(wang)項(xiang)目(mu)應(ying)用過程中，供(gong)應(ying)商和客(ke)戶應(ying)該(gai)考慮多重因素，選擇(ze)合(he)適的(de)協(xie)(xie)議組(zu)合(he)。例如，應(ying)用層(ceng)的(de)MQTT和數(shu)據鏈路層(ceng)的(de)NB-IoT 是(shi)(shi)兼容的(de)，可以在穩定的(de)網(wang)絡中無缺陷地協(xie)(xie)同工作。然而，在一個惡(e)劣的(de)接(jie)收環境(jing)下，需要充分考慮物聯(lian)網(wang)設備是(shi)(shi)否(fou)電(dian)(dian)池供(gong)電(dian)(dian)、傳(chuan)輸(shu)的(de)數(shu)據量(liang)有多大、網(wang)絡環境(jing)是(shi)(shi)否(fou)穩定、消息優先級，這(zhe)些是(shi)(shi)初(chu)期需要考慮的(de)問(wen)題。
更復雜的是，特定(ding)設備可能(neng)只支持專有協議(yi)，這些協議(yi)是由(you)單個(ge)組織(zhi)或個(ge)人創建和擁(yong)有，通常使它(ta)們與(yu)其他(ta)標準硬件不(bu)兼容。這種情(qing)況(kuang)下(xia)，就(jiu)需(xu)要一個(ge)協議(yi)轉換(huan)器。因(yin)此，當被問(wen)及連接設置問(wen)題時，大多(duo)數受訪者提到互操作性是一個(ge)棘手(shou)的問(wen)題。
（2）越來越多技術人員采用專為物聯網設計的協議
IoT Analytics研究表明，使用專(zhuan)為(wei)物(wu)聯網(wang)(wang)定制的(de)(de)(de)(de)協(xie)議(yi)的(de)(de)(de)(de)連(lian)接(jie)份(fen)額預計(ji)將在(zai)(zai)未來兩(liang)(liang)(liang)年(nian)內實(shi)現(xian)超過11%的(de)(de)(de)(de)增速，其(qi)中MQTT和CoAP兩(liang)(liang)(liang)種(zhong)協(xie)議(yi)將實(shi)現(xian)引領。這兩(liang)(liang)(liang)種(zhong)協(xie)議(yi)在(zai)(zai)各方面都符合物(wu)聯網(wang)(wang)網(wang)(wang)絡的(de)(de)(de)(de)要求，它們具有輕量級(ji)（尤其(qi)是(shi)低功(gong)耗(hao)對于(yu)電(dian)池供電(dian)的(de)(de)(de)(de)設備至關重(zhong)要）、開銷(xiao)低（消息大(da)小更小）的(de)(de)(de)(de)特點(dian)，非常適合傳感(gan)器網(wang)(wang)絡的(de)(de)(de)(de)應用。對于(yu)設備到(dao)中間(jian)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)連(lian)接(jie)場景，MQTT在(zai)(zai)未來兩(liang)(liang)(liang)年(nian)的(de)(de)(de)(de)連(lian)接(jie)份(fen)額預計(ji)會增加29%以上(shang)；在(zai)(zai)中間(jian)件(jian)和應用程序之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)連(lian)接(jie)場景，CoAP是(shi)預計(ji)增長(chang)最快的(de)(de)(de)(de)物(wu)聯網(wang)(wang)協(xie)議(yi)，未來兩(liang)(liang)(liang)年(nian)內預計(ji)將增長(chang)30%以上(shang)。
（3）軟件對于管理物聯網連接變得越來越重要
軟(ruan)件作為連接(jie)設置的(de)(de)(de)組成(cheng)(cheng)部分(fen)，隨著物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網協議的(de)(de)(de)興起，其(qi)重要性不斷增長。過去(qu)10到15年中(zhong)，由于軟(ruan)件功(gong)能的(de)(de)(de)發展，連接(jie)變得(de)更(geng)為簡單(dan)，大(da)多(duo)數項目都(dou)是在內部完成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)，包括(kuo)數據分(fen)析和可(ke)視化。與此同(tong)時，出現了管(guan)理(li)連接(jie)的(de)(de)(de)各類新工具(ju)，物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網平臺(tai)(tai)、協議轉換器(qi)和其(qi)他(ta)中(zhong)間件等工具(ju)是解決連接(jie)難題的(de)(de)(de)組成(cheng)(cheng)部分(fen)。例如(ru)，針對(dui)物(wu)(wu)聯(lian)(lian)網平臺(tai)(tai)，大(da)多(duo)數受訪者(zhe)表示其(qi)都(dou)在采用微(wei)軟(ruan)Azure IoT或AWS IoT等平臺(tai)(tai)工具(ju)，協議轉換器(qi)方面，PTC Kepware和Matrikon是使(shi)用最(zui)多(duo)的(de)(de)(de)工具(ju)。
（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的(de)(de)(de)正確物聯網協議(yi)至關(guan)重要(yao)(yao)。例(li)如，MQTT更加集中(zhong)，更適合低帶寬(kuan)、遠程位(wei)置的(de)(de)(de)連接；相(xiang)比之下(xia)，DDS是分散(san)的(de)(de)(de)，功能更豐富，可以(yi)適應高性(xing)能網絡。因(yin)此，在(zai)協議(yi)選(xuan)擇時，需要(yao)(yao)比較潛在(zai)的(de)(de)(de)物聯網協議(yi)及其屬性(xing)。根據(ju)IoT Analytics的(de)(de)(de)研究，協議(yi)的(de)(de)(de)易用性(xing)是最具影響力的(de)(de)(de)因(yin)素，排(pai)在(zai)20多種特征中(zhong)最首要(yao)(yao)的(de)(de)(de)位(wei)置。另外，可靠(kao)性(xing)也受到高度重視(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(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)應用的(de)(de)(de)特征(zheng)會影響決(jue)策(ce)過(guo)程，并(bing)有(you)(you)利于特定(ding)的(de)(de)(de)協(xie)議，決(jue)策(ce)者(zhe)必須對它們進(jin)行詳細的(de)(de)(de)評(ping)估(gu)。IoT Analytics調(diao)研報(bao)告顯示(shi)，88%的(de)(de)(de)受訪(fang)者(zhe)表示(shi)，董(dong)事會/管(guan)理(li)層擁有(you)(you)最終決(jue)策(ce)權(quan)，這一(yi)事實凸顯了物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)協(xie)議的(de)(de)(de)選擇決(jue)策(ce)對公司(si)的(de)(de)(de)重要意義。物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)協(xie)議的(de)(de)(de)選擇是(shi)一(yi)項(xiang)艱巨的(de)(de)(de)任務(wu)，涉及許多利益相關方，IoT Analytics調(diao)研的(de)(de)(de)結果顯示(shi)，六(liu)個(ge)部(bu)門參與了這一(yi)過(guo)程，包括IT/技術部(bu)門和財務(wu)部(bu)門。同(tong)時，不同(tong)國家/地區(qu)針對物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)協(xie)議選擇的(de)(de)(de)決(jue)議有(you)(you)明顯的(de)(de)(de)差異，北美公司(si)對物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)協(xie)議的(de)(de)(de)選擇似乎有(you)(you)一(yi)個(ge)更具協(xie)作性的(de)(de)(de)戰略，相反，94%的(de)(de)(de)歐洲受訪(fang)者(zhe)認為董(dong)事會/管(guan)理(li)層是(shi)新物(wu)聯(lian)(lian)網(wang)(wang)(wang)協(xie)議的(de)(de)(de)決(jue)策(ce)者(zhe)。
物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)的(de)(de)項目(mu)部署是(shi)一個相(xiang)對長期的(de)(de)過程，前(qian)期一些決策會(hui)影響(xiang)物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)項目(mu)是(shi)否能夠最終成功(gong)，物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)協(xie)議選擇(ze)也(ye)是(shi)前(qian)期決策的(de)(de)一個關(guan)鍵(jian)點，隨著聯網(wang)(wang)設(she)備數量的(de)(de)增加，物(wu)(wu)聯網(wang)(wang)協(xie)議采用的(de)(de)重要(yao)性持續增長。
