Hola, Khabrovites! es llança a OTUS a l'octubre. La inscripció al curs està oberta ara mateix, en relació amb la qual seguim compartint materials útils amb vosaltres.
L'Internet de les coses (IoT, Internet de les coses) es construirà sobre la infraestructura de xarxa existent, les tecnologies i els protocols que s'utilitzen actualment a les llars/oficines i Internet, i oferirà molt més.
L'objectiu d'aquesta guia és proporcionar una breu visió general dels protocols de xarxa i d'aplicació per a IoT.
Nota. Has de tenir coneixements .
Xarxes IoT
IoT s'executarà a les xarxes TCP/IP existents.
TCP/IP utilitza un model de quatre capes amb protocols específics a cada capa. Cm. (entenem el model de quatre capes de TCP / IP).
El diagrama següent mostra una comparació dels protocols que s'utilitzen actualment i els més probables que s'utilitzen per a IoT.
Notes del gràfic:
-
La mida de la lletra indica la popularitat del protocol. Per exemple, a l'esquerra, IPv4 és més gran, ja que és molt més popular a Internet moderna. Tanmateix, és més petit a la dreta, ja que s'espera que IPv6 sigui més popular a IoT.
-
No es mostren tots els protocols.
-
La majoria dels canvis es donen als nivells de canal (nivells 1 i 2) i d'aplicació (nivell 4).
-
És probable que les capes de xarxa i transport es mantinguin sense canvis.
Protocols de capa d'enllaç
Al nivell d'enllaç de dades (enllaç de dades), heu de connectar els dispositius entre si. Poden estar alhora propers, per exemple, en xarxes locals (xarxes locals) i a gran distància entre si: en xarxes urbanes (xarxes d'àrea metropolitana) i xarxes globals (xarxes d'àrea àmplia).
Actualment, en aquest nivell, les xarxes domèstiques i d'oficina (LAN) utilitzen Ethernet i Wi-Fi, i les xarxes mòbils (WAN) utilitzen 3G / 4G. Tanmateix, molts dispositius IoT són de baixa potència, com els sensors, i només s'alimenten amb bateries. En aquests casos, Ethernet no és adequat, però es poden utilitzar Wi-Fi de baixa potència i Bluetooth de baixa potència.
Tot i que les tecnologies sense fil existents (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) es continuaran utilitzant per connectar aquests dispositius, també val la pena mirar les noves tecnologies dissenyades específicament per a aplicacions IoT que probablement creixin en popularitat.
Entre ells es troben:
-
BLE: Bluetooth de baixa energia
-
LoRaWAN - WAN de llarg abast
-
SigFox
-
LTE-M
Es descriuen amb més detall a l'article. (visió general de les tecnologies IoT sense fil).
capa de xarxa
A la capa de xarxa (Networking), el protocol dominarà a llarg termini . És poc probable que s'utilitzi IPv4, però pot tenir un paper en les primeres etapes. La majoria dels dispositius IoT domèstics, com ara les bombetes intel·ligents, utilitzen actualment IPv4.
capa de transport
A la capa de transport (Transport), Internet i el web estan dominats per TCP. S'utilitza tant en HTTP com en molts altres protocols d'Internet populars (SMTP, POP3, IMAP4, etc.).
MQTT, que espero que es converteixi en un dels principals protocols de la capa d'aplicació per a missatgeria, utilitza actualment TCP.
Tanmateix, en el futur, a causa de les despeses generals més baixes, espero que UDP es faci més popular per a IoT. Probablement més estesa , superant UDP. Veure article comparatiu .
Capa d'aplicació i protocols de missatgeria
Característiques importants dels protocols IoT:
-
Velocitat: la quantitat de dades transferides per segon.
-
La latència és el temps que triga a enviar un missatge.
-
Consum d'energia
-
Seguretat.
-
Disponibilitat de programari.
Actualment, s'utilitzen dos protocols principals en aquest nivell: HTTP i MQTT.
HTTP és probablement el protocol més conegut d'aquest nivell subjacent al web (WWW). Continuarà sent important per a IoT, ja que s'utilitza per a l'API REST, el principal mecanisme d'interacció entre aplicacions web i serveis. Tanmateix, a causa de l'elevada sobrecàrrega, és poc probable que HTTP es converteixi en el principal protocol IoT, tot i que encara s'utilitzarà àmpliament a Internet.
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) s'ha convertit en el principal protocol de missatgeria a IoT per la seva lleugeresa i facilitat d'ús. Veure article (Introducció a MQTT per a principiants).
Comparació d'HTTP i MQTT per a IoT
MQTT s'està convertint ràpidament en l'estàndard de facto per a aplicacions IoT. Això es deu a la seva lleugeresa i velocitat en comparació amb HTTP i al fet que és un protocol d'un a molts en lloc d'un a un (HTTP).
Moltes aplicacions web modernes farien servir MQTT en comptes d'HTTP si estigués disponible en el moment del seu desenvolupament.
Un bon exemple és enviar informació a diversos clients, com ara arribades i sortides de trens/autobusos/avions. En aquest escenari, un protocol un a un com HTTP té molta sobrecàrrega i posa molta càrrega als servidors web. Escalar aquests servidors web pot ser difícil. Amb MQTT, els clients es connecten a un corredor, que es pot afegir fàcilment per equilibrar la càrrega. Mireu el vídeo tutorial sobre això i article .
Altres protocols de missatgeria
HTTP no es va dissenyar per a aplicacions IoT, però com s'ha esmentat, s'utilitzarà àmpliament durant algun temps a causa del seu ús generalitzat en .
Gairebé totes les plataformes IoT admeten tant HTTP com MQTT.
Tanmateix, hi ha altres protocols que val la pena tenir en compte.
Protocols
-
- (Transport de telemetria de cua de missatges). Utilitza TCP/IP. El model de publicació-subscripció requereix un agent de missatges.
-
- (Protocol de cua de missatges avançat). Utilitza TCP/IP. Models editor-subscriptor i punt a punt.
-
- (Constrained Application Protocol). Utilitza UDP. Dissenyat específicament per a IoT, utilitza el model de sol·licitud-resposta com a HTTP. .
-
- (Servei de distribució de dades)
En aquest es consideren els principals protocols i les seves aplicacions. La conclusió d'aquest article és que l'IoT utilitzarà un conjunt de protocols, en funció de l'ús previst.
Tanmateix, en retrospectiva, en els primers anys d'Internet, el protocol HTTP que esdevindria dominant era només un dels molts protocols.
Encara que HTTP no es va concebre originalment per a la transferència de fitxers i correus electrònics, avui s'utilitza per a tots dos.
Espero que passi el mateix amb els protocols de missatgeria a IoT: la majoria dels serveis utilitzaran un protocol predominant.
A continuació es mostren els gràfics de Google Trends que mostren com ha canviat la popularitat de MQTT, COAP i AMQP durant els últims anys.
Visió general de Google Trends
Suport al protocol per plataforma
-
- MQTT, AMQP, HTTP i HTTPS
-
- MQTT, HTTPS, MQTT a través de websockets
-
IBM Bluemix - MQTT,HTTPS,MQTT
-
— MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP
Resum
La majoria dels canvis es donen als nivells de canal (nivells 1 i 2) i d'aplicació (nivell 4).
És probable que les capes de xarxa i transport es mantinguin sense canvis.
A la capa d'aplicació, els components IoT utilitzaran protocols de missatgeria. Tot i que encara estem en una fase inicial del desenvolupament d'IoT, és probable que destaquin un o potser dos protocols de missatgeria.
Durant els darrers anys, MQTT s'ha convertit en el més popular, i és en ell que ara estic centrant-me en aquest lloc.
HTTP també es continuarà utilitzant, ja que ja està ben integrat a les plataformes IoT existents.
Això és tot. Et convidem a inscriure't a una lliçó de demostració gratuïta sobre el tema .
Llegeix més:
Font: www.habr.com