14、物联网架构、协议、安全与应用综述

物联网架构、协议、安全与应用综述

1. 引言

在现实世界中，设备和智能对象需具备远超人类需求的速度和无拥堵交互能力。如今的互联网以人类为导向，而物联网则主要依赖自动化通信网络和智能对象。无线传感器网络（WSN）中采用互联网协议（IP）技术是实现物联网愿景的关键前提，IP技术已被众多研究者和行业参与者广泛接受和应用。IP for Smart Objects（IPSO）联盟正在推动IP技术在嵌入式设备中的应用。

存在一系列被视为物联网通信“万能药”的协议，这些物联网/机器对机器（M2M）协议专注于应用数据的传输和处理，以满足应用场景需求。我们主要关注适用于受限环境的协议，像FTP、Telnet和SSH等旧协议虽仍可用，但存在资源和功率消耗大的问题，无法很好地适应物联网领域低功耗、带宽不稳定、操作和应用领域异构且受限的特点。

以下是常见物联网应用层协议的特点总结：
| 协议 | 特点 |
| — | — |
| MQTT | 旨在支持不可靠网络上的双向通信；适用于低功耗的电池供电设备；设备睡眠时间不能超过95%，否则考虑MQTT - S或CoAP；网络地址转换（NAT）穿越重要但非关键；流量成本高 |
| CoAP | 与MQTT - S类似，但有更多特性；采用面向Web服务的架构，而非以消息为中心；适合为互联网开放开发社区构建平台 |
| MQTT - SN | 适用于受限设备的轻量级协议；基于MQTT的UDP映射；增加了代理对主题名称索引的支持 |
| REST API | 实现设备到云的单向通信；全球NAT穿越是首要任务；对流量无特定限制，设备本身资源限制较小；适用于开放开发社区的“设备云”（如Device Hive）