数十亿台物联网设备是如何发送、接收数据并据此采取行动的？它们依赖于通信协议、标准、平台和云基础设施，这些技术有助于信息在物联网系统中安全、高效地传输。在本期“物联网基础知识”系列中，我们将讲解物联网通信背后的关键技术和术语，内容涵盖消息协议和API，以及边缘计算、人工智能和数据系统。
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最后更新：2026年5月
物联网通信协议规定了设备、网关、平台和应用程序如何对数据进行格式化、传输、接收以及根据数据采取行动。
物联网通信不仅仅依赖于网络连接。设备、网关、平台、云服务、API和数据系统都需要可靠且安全地交换信息。这些层级共同协作，使得从联网设备中收集数据、处理数据、存储数据、分析数据，并在需要时向设备发送指令成为可能。
在许多物联网部署中，网关在设备与云系统之间发挥着重要作用。网关可以聚合来自传感器、机器和其他终端设备的数据，进行不同协议之间的转换，并将信息转发至云平台或企业系统。根据具体应用场景的不同，网关可以是物理设备、嵌入式软件，也可以是虚拟化功能。
云和边缘基础设施也影响着物联网通信的运作方式。部分数据会被发送至云端，用于存储、分析、设备管理以及与业务系统的集成。而其他数据则可能在更接近设备的位置——即边缘——进行处理，以减少延迟、限制带宽使用或支持本地决策。
物联网通信协议的选择取决于设备和应用的需求。 MQTT、CoAP 和 LwM2M 等轻量级协议常用于资源受限的设备、传感器网络以及大规模的机器对机器部署。其他协议和架构，如 AMQP、DDS、Modbus、RESTful API 和 TCP/IP，则支持消息传递、互操作性、工业通信以及基于互联网的数据交换等不同需求。
合适的通信堆栈取决于具体应用场景。智能电表、工业传感器、联网汽车、医疗设备或远程资产，可能都需要在带宽、功耗、延迟、可靠性、安全性、处理能力以及与云或企业系统的集成之间做出不同的权衡。
以下术语解释了物联网通信中使用的主要协议、平台、云计算概念、人工智能技术以及数据术语。
物联网系统依赖于专门的协议来管理跨不同网络的数据交换、安全性和设备通信。以下是最常见的物联网协议及其典型的应用场景。
消息协议定义了设备、应用程序和系统如何对消息进行格式化、发送、接收和路由。它们用于将物理设备和网络与应用程序、平台及中间件连接起来，因此对物联网（IoT）和机器对机器（M2M）通信至关重要。常见的物联网消息协议包括 MQTT、CoAP、AMQP 和 DDS。
MQTT是一种轻量级的发布-订阅消息协议，用于在设备、应用程序和中间件之间交换数据。由于它专为资源受限的网络和设备设计，因此在物联网（IoT）和机器对机器（M2M）环境中得到了广泛应用。
一种消息传递模型（MQTT的核心），其中设备将有效载荷“发布”到特定的“主题”上，而服务器或其他设备则“订阅”该主题以接收数据。
CoAP是一种应用层协议，旨在满足基于 HTTP 的物联网系统的需求。HTTP 是万维网数据通信的基础，虽然它可免费获取且任何物联网设备均可使用，但对于物联网应用而言，其功耗可能过高。CoAP 通过将 HTTP 模型适配到资源受限的设备和网络环境中，解决了这一局限性。
AMQP是一种开放标准的应用层协议，用于服务器之间的事务性消息传输。其主要功能包括接收消息并将其放入队列、存储消息以及在组件之间建立关联。该协议不适用于内存有限的物联网传感器设备。
DDS 是一种可扩展的物联网协议，能够实现物联网中的高质量通信。与 MQTT 类似，DDS 同样采用发布-订阅模型。与 MQTT 不同的是，DDS 支持独立于硬件和软件平台的互操作性数据交换。
一种用于可编程逻辑控制器（PLC）的串行通信协议，用于连接工业电子设备。
互联网协议套件是互联网及类似计算机网络所采用的计算机网络模型和一组通信协议。
轻量级M2M是一种专为传感器网络及机器对机器（M2M）环境的需求而设计的设备管理协议。
“机器间通信”是一个描述性术语，指智能机器之间在几乎无需或完全无需人工干预的情况下，进行全自动的数据生成、交换、处理和执行。
机器学习是一种数据分析方法，它能够自动构建分析模型，其原理是系统能够从数据中学习、识别模式，并在几乎无需人工干预的情况下做出决策。
一种机器学习技术，通过示例引导计算机进行学习。
计算机科学的一个分支，致力于使计算机能够像人类视觉一样观察、识别和处理图像。
一种以人类大脑和神经系统为蓝本的计算机系统，旨在帮助机器像人类一样进行推理。
物联网平台是一套将设备、网络、应用程序和数据系统连接起来的软件套件。它有助于管理物联网部署中的通信、安全、设备运行、数据采集和分析。
API 是一套规则和工具，它使软件应用程序、平台和系统能够以安全且一致的方式交换数据或触发功能。
南向 API 向下与物理设备/网关通信；北向 API 向上与企业软件、云应用程序或数据库通信。
RESTful API 也称为 RESTful Web 服务，它基于表征状态转移（REST）技术，这是一种架构风格和通信方法，常用于 Web 服务开发中。
简单对象访问协议（SOAP）是一种通信协议，用于利用可扩展标记语言（XML）在各种运营系统之间交换信息。
云计算利用通过互联网访问的远程服务器、存储和软件服务来处理、存储和管理数据，而无需在本地运行所有基础设施。
边缘计算将数据处理和存储功能更接近于设备或数据源，有助于降低延迟、减少带宽消耗，并支持本地决策。
雾计算（也称为边缘计算或雾化）是由思科提出的术语，指将云计算扩展到企业网络的边缘。
一种将本地部署、私有云和第三方公有云服务相结合的云计算环境，且两个平台之间实现了协调管理。
一类专门的计算机软件，用于对设备的特定硬件进行低级控制。FOTA 指通过无线方式升级固件的能力。
将新数据远程分发至设备。子类别包括 FOTA（固件）、SOTA（软件应用层）和 POTA（SIM 配置文件）。
指原始源代码可自由获取，且允许重新分发或修改的软件。
点对点计算或网络是一种分布式应用架构，它将任务或工作负载在对等节点之间进行划分。对等节点是该应用中享有同等权限、能力相当的参与者。
一种数据流编程方式，其中程序步骤通过某种通道传输数据来相互通信。这些通道由更高级别的系统进行管理，从而使相连的组件能够专注于处理输入和生成输出。
Java 是一种通用编程语言。JSON（即 JavaScript 对象表示法）是一种轻量级的基于文本的数据格式，用于组织数据以及在系统之间交换数据。
数据量如此之大，以至于传统技术无法处理其传输或分析。某些物联网技术专门用于处理和传输大数据，因为这被视为大型企业实现效率最大化目标的关键。
描述了多种用于优化数据集的策略，旨在确保数据集能够满足用户或用户群体的需求，同时避免包含可能存在重复、无关甚至敏感内容的其他数据。
数据整理员是指将海量大数据提炼成企业可据此采取行动的信息的人员。
一种重视基于可验证数据做出决策的企业治理方法。
一个开源的分布式处理框架，用于管理在集群系统中运行的大数据应用程序的数据处理和存储。
一个不断增长的记录列表，称为区块，这些区块通过加密技术相互链接。作为分布式账本，区块链通常由一个点对点网络管理，该网络共同遵循一套用于节点间通信和验证新区块的协议。
将计算能力嵌入日常物品中，使它们能够有效地进行通信并执行有用的任务，同时最大限度地减少最终用户与计算机交互的需求。
一种用于采集、分析和控制实时数据的计算机系统。