物聯網架構_筆記

參考文章:
http://www.elecfans.com/news/wangluo/20160517418825.html
http://www.elecfans.com/iot/419545_a.html

這裏寫圖片描述
其中物聯網的通信環境有Ethernet, Wi-Fi, RFID, NFC(近距離無線通信), Zigbee, 6LoWPAN(IPV6低速無線版本),Bluetooth, GSM, GPRS, GPS, 3G, 4G等網絡,而每一種通信應用協議都有一定適用範圍。AMQP、JMS、REST/HTTP都是工作在以太網,COAP協議是專門爲資源受限設備開發的協議,而DDS和MQTT的兼容性則強很多。

在當前的互聯網通信協議中,HTTP協議由於開發成本低,開放程度高,幾乎佔據大半江山,所以很多廠商在構建物聯網系統時也基於http協議進行開發。包括google主導的physic web項目,都是期望在傳統web技術基礎上構建物聯網協議標準。

1、http在物聯網場景中的弊端:
1)必須由設備主動向服務器發送數據,服務器難以主動向設備推送數據,大多應用與數據採集場景,但對於頻繁的操控場景,只能通過設備定期主動拉取的方式,實現成本大、實時效果差
2)安全性低,明文傳輸
3)對於運算和存儲資源十分受限的嵌入式設備,實現http協議、解析XML/JSON數據,都比較困難

2、REST/HTTP(鬆耦合服務調用)
REST : Representational State Transfer,表徵狀態轉換,基於HTTP協議。

簡化互聯網中的系統架構,快速實現客戶端和服務器之間交互的鬆耦合,降低CS之間的交互延遲。

特點:
客戶端和服務器之間的交互在請求之間是無狀態的
在服務器端,應用程序狀態和功能可分爲各種資源向客戶端公開,每個資源都使用URI得到一個唯一的地址,所有資源共享統一的界面。

3、CoAP協議
CoAP:Constrained Application Protocol,受限應用協議,應用於無線傳感。是簡化了HTTP協議的RESTful API,是6LowPAN協議棧中的應用層協議,適用於資源受限的IP網絡。

特點:
1)報頭壓縮,包含一個二進制基本報頭(4Byte)和擴展報頭
2)支持GET/PUT/POST/DELETE等方法,支持URIs
3)基於UDP,減少開銷、支持組播、支持簡單停止和等待的可靠傳輸機制
4)支持異步通信,HTTP對M2M(Machine-to-Machine)通信不適用,由於事務總是客戶端發起的,而CoAP支持異步通信,對於M2M應用來說是常見的休眠/喚醒機制
5)支持資源發現,內置資源發現格式,用於發現設備資源列表,或設備向服務目錄公告自己的資源,支持RFC5785格式
6)支持緩存

主要實現:libcoap(c語言)、Californium(Java)
CoAP和6LowPan,這分別是應用層協議和網絡適配層協議,其目標是解決設備直接連接到IP網絡,也就是IP技術應用到設備之間、互聯網與設備之間的通信需求。因爲IPV6技術帶來巨大尋址空間,不光解決了未來巨量設備和資源的標識問題,互聯網上應用可以直接訪問支持IPV6的設備,而不需要額外的網關。

3、MQTT(低帶寬)
MQTT採用發佈/訂閱模式,所有終端採用TCP連接到雲端,雲端通過topic管理各個設備通訊內容,負責設備與設備之間的消息轉發。

採用二進制格式編解碼,最小數據包只有2個字節,有完善的QoS機制。支持TLS(TCP+SSL)協議,安全性好。

特點:
1)基於代理的發佈/訂閱模式,提供一對多的消息發佈
2)小型傳輸,開銷小,固定報頭2字節
3)支持QoS

MQTT一般適用於設備數據採集到端(Device -> Server , Device -> Gateway),集中星型網絡架構(hub-and-spoke),不適用設備與設備之間通信,設備控制能力差,實時性差,一般在秒級。

物聯網協議對比
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協議側重應用方向
智能家居中智能燈光控制,可以使用XMPP協議控制燈的開關;
智能家居的電力供給,發電廠的發動機組的監控可以使用DDS協議;
當電力輸送到千家萬戶時,電力線的巡查和維護,可以使用MQTT協議;
家裏的所有電器的電量消耗,可以使用AMQP協議,傳輸到雲端或家庭網關中進行分析;
最後用戶想把自家的能耗查詢服務公佈到互聯網上,那麼可以使用REST/HTTP來開放API服務。

發佈/訂閱服務更適合物聯網環境下通信,DDS、MQTT、AMQP和JMS都是基於發佈/訂閱模式,發佈/訂閱框架具有服務自發現、動態擴展、事件過濾的特點,它解決了物聯網系統在應用層的數據源快速獲取、物的加入和退出、興趣訂閱、降低帶寬流量等問題,實現物的聯接在空間上鬆耦合(雙方無需知道通信地址)、時間上鬆耦合和同步鬆耦合。

服務質量(QoS)是物聯網通信中的重要考慮因素

在服務策略的幫助下,DDS能夠有效地控制和管理網絡帶寬、內存空間等資源的使用,同時也能控制數據的可靠性、實時性和數據的生存時間,通過靈活使用這些服務質量策略,DDS不僅能在窄帶的無線環境上,也能在寬帶的有線通信環境上開發出滿足實時性需求的數據分發系統。

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