IoT-ի համար ցանցերի և հաղորդագրությունների փոխանցման արձանագրությունների ակնարկ

Ողջույն, խաբրովիտներ։ Ռուսաստանում IoT մշակողի առաջին առցանց դասընթացը մեկնարկում է OTUS-ում հոկտեմբերին: Դասընթացի գրանցումը բաց է հենց հիմա, ինչի կապակցությամբ մենք շարունակում ենք ձեզ հետ կիսվել օգտակար նյութերով։

Իրերի ինտերնետը (IoT, Internet of Things) կկառուցվի գոյություն ունեցող ցանցային ենթակառուցվածքի, տեխնոլոգիաների և արձանագրությունների վրա, որոնք ներկայումս օգտագործվում են տներում/գրասենյակներում և ինտերնետում, և կառաջարկի շատ ավելին:

Այս ուղեցույցի նպատակն է ապահովել ցանցային և կիրառական արձանագրությունների հակիրճ ակնարկ IoT-ի համար:

Նշում. Դուք պետք է գիտելիք ունենաք ցանցային տեխնոլոգիաների հիմունքները.

IoT ցանցեր

IoT-ն կաշխատի առկա TCP/IP ցանցերում:

TCP/IP-ն օգտագործում է չորս շերտ մոդել՝ յուրաքանչյուր շերտում հատուկ արձանագրություններով: Սմ. հասկանալով TCP/IP 4 շերտի մոդելը (մենք հասկանում ենք TCP/IP-ի քառաշերտ մոդելը):

Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս ներկայումս օգտագործվող արձանագրությունների և IoT-ի համար առավել հավանական օգտագործման արձանագրությունների համեմատությունը:

Գծապատկերի նշումներ.

1. Տառատեսակի չափը ցույց է տալիս արձանագրության հանրաճանաչությունը: Օրինակ, ձախ կողմում IPv4-ն ավելի մեծ է, քանի որ այն շատ ավելի հայտնի է ժամանակակից ինտերնետում: Այնուամենայնիվ, այն ավելի փոքր է աջ կողմում, քանի որ ակնկալվում է, որ IPv6-ն ավելի տարածված կլինի IoT-ում:

2. Բոլոր արձանագրությունները չեն ցուցադրվում:

3. Փոփոխությունների մեծ մասը տեղի է ունենում ալիքի (մակարդակներ 1 և 2) և կիրառական մակարդակներում (մակարդակ 4):

4. Ցանցը և տրանսպորտային շերտերը, հավանաբար, կմնան անփոփոխ:

Կապի շերտի արձանագրությունները

Տվյալների հղման մակարդակում (Data Link), դուք պետք է միացնեք սարքերը միմյանց: Նրանք կարող են լինել և՛ մոտ, օրինակ՝ լոկալ ցանցերում (տեղական ցանցեր), և՛ միմյանցից մեծ հեռավորության վրա՝ քաղաքային (մետրոպոլիայի ցանցեր) և գլոբալ ցանցերում (լայն ցանցեր):

Ներկայումս այս մակարդակում տնային և գրասենյակային ցանցերը (LAN) օգտագործում են Ethernet և Wi-Fi, իսկ բջջայինները (WAN) օգտագործում են 3G / 4G: Այնուամենայնիվ, շատ IoT սարքեր ունեն ցածր էներգիա, ինչպիսիք են սենսորները և սնուցվում են միայն մարտկոցներով: Այս դեպքերում Ethernet-ը հարմար չէ, բայց կարող են օգտագործվել ցածր էներգիայի Wi-Fi և ցածր էներգիայի Bluetooth:

Թեև գոյություն ունեցող անլար տեխնոլոգիաները (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) կշարունակեն օգտագործվել այս սարքերը միացնելու համար, արժե նաև դիտարկել նոր տեխնոլոգիաներ, որոնք հատուկ նախագծված են IoT հավելվածների համար, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, մեծ ժողովրդականություն կունենան:

Նրանց թվում են `

• BLE – Bluetooth ցածր էներգիա

• LoRaWAN - Long Range WAN

• SigFox

• LTE-M

Նրանք ավելի մանրամասն նկարագրված են հոդվածում: IOT անլար տեխնոլոգիաների ակնարկ (անլար IoT տեխնոլոգիաների ակնարկ):

ցանցային շերտ

Ցանցային շերտում (Ցանցային) պրոտոկոլը գերիշխող կլինի երկարաժամկետ հեռանկարում IPv6. Քիչ հավանական է, որ IPv4-ը կօգտագործվի, սակայն այն կարող է դեր խաղալ վաղ փուլերում: Տնային IoT սարքերի մեծ մասը, ինչպիսիք են խելացի լամպերը, ներկայումս օգտագործում են IPv4:

տրանսպորտային շերտ 

Տրանսպորտային շերտում (Տրանսպորտ) ինտերնետը և համացանցը գերակշռում են TCP-ն: Այն օգտագործվում է ինչպես HTTP-ում, այնպես էլ շատ այլ հանրաճանաչ ինտերնետային արձանագրություններում (SMTP, POP3, IMAP4 և այլն):

MQTT-ը, որը ես ակնկալում եմ, որ կդառնա հաղորդագրությունների հիմնական կիրառական շերտի արձանագրություններից մեկը, ներկայումս օգտագործում է TCP:

Այնուամենայնիվ, ապագայում, ավելի ցածր ծախսերի պատճառով, ես ակնկալում եմ, որ UDP-ն ավելի հայտնի կդառնա IoT-ի համար: Հավանաբար ավելի տարածված MQTT-SN, վազում է UDP-ով: Տես համեմատության հոդվածը TCP ընդդեմ UDP .

Հավելվածի շերտ և հաղորդագրությունների արձանագրություններ

IoT արձանագրությունների կարևոր բնութագրերը.

• Արագություն - վայրկյանում փոխանցված տվյալների քանակը:

• Լատենտությունը հաղորդագրություն ուղարկելու ժամանակն է:

• Էլեկտրաէներգիայի սպառում.

• Անվտանգություն:

• Ծրագրային ապահովման առկայություն:

Ներկայումս այս մակարդակում ակտիվորեն օգտագործվում են երկու հիմնական արձանագրություններ՝ HTTP և MQTT:

HTTP-ն այս մակարդակի ամենահայտնի արձանագրությունն է, որը գտնվում է համացանցի հիմքում (WWW): Այն կշարունակի կարևոր մնալ IoT-ի համար, քանի որ այն օգտագործվում է REST API-ի համար՝ վեբ հավելվածների և ծառայությունների միջև փոխգործակցության հիմնական մեխանիզմը: Այնուամենայնիվ, բարձր ծախսերի պատճառով HTTP-ն դժվար թե դառնա IoT-ի հիմնական պրոտոկոլը, թեև այն դեռ լայնորեն կօգտագործվի ինտերնետում:

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) դարձել է IoT-ում հաղորդագրությունների փոխանցման հիմնական արձանագրությունը՝ շնորհիվ իր թեթևության և օգտագործման հեշտության: Տես հոդվածը MQTT-ի ներածություն սկսնակների համար (MQTT-ի ներածություն սկսնակների համար):

HTTP-ի և MQTT-ի համեմատությունը IoT-ի համար

MQTT-ն արագորեն դառնում է դե ֆակտո ստանդարտ IoT հավելվածների համար: Դա պայմանավորված է նրա թեթևությամբ և արագությամբ՝ համեմատած HTTP-ի հետ և այն փաստի հետ, որ այն մեկ-շատ պրոտոկոլ է, այլ ոչ թե մեկ-մեկ (HTTP):

Շատ ժամանակակից վեբ հավելվածներ հաճույքով կօգտագործեին MQTT-ը HTTP-ի փոխարեն, եթե այն հասանելի լիներ դրանց մշակման պահին:

Լավ օրինակ է բազմաթիվ հաճախորդներին տեղեկություններ ուղարկելը, ինչպիսիք են գնացքների/ավտոբուսների/ինքնաթիռների ժամանումներն ու մեկնումները: Այս սցենարում HTTP-ի նման մեկ առ մեկ արձանագրությունն ունի մեծ ծախսեր և մեծ բեռ է դնում վեբ սերվերների վրա: Այս վեբ սերվերների չափումը կարող է դժվար լինել: MQTT-ի միջոցով հաճախորդները միանում են բրոքերին, որը հեշտությամբ կարող է ավելացվել բեռը հավասարակշռելու համար: Դիտեք դրա մասին տեսանյութը Վերահրատարակել HTML տվյալները MQTT-ով (Թռիչքների ժամանումների օրինակ) և հոդված MQTT vs HTTP IOT-ի համար.

Այլ հաղորդագրությունների արձանագրություններ

HTTP-ը նախատեսված չէր IoT հավելվածների համար, սակայն, ինչպես նշվեց, այն որոշ ժամանակ լայնորեն կկիրառվի՝ շնորհիվ իր լայն կիրառման: API.

Գրեթե բոլոր IoT հարթակները աջակցում են ինչպես HTTP, այնպես էլ MQTT:

Այնուամենայնիվ, կան այլ արձանագրություններ, որոնք արժե հաշվի առնել:

Արձանագրություններ

• MQTT - (Message Quueing Telemetry Transport): Օգտագործում է TCP/IP: Հրապարակել-բաժանորդագրվել մոդելը պահանջում է հաղորդագրության միջնորդ:

• AMQP - (Ընդլայնված հաղորդագրությունների հերթի արձանագրություն): Օգտագործում է TCP/IP: Հրատարակիչ-բաժանորդ և կետ առ կետ մոդելներ:

• COAP - (Սահմանափակ կիրառման արձանագրություն): Օգտագործում է UDP: Նախագծված հատուկ IoT-ի համար, օգտագործում է հարցում-պատասխան մոդելը, ինչպես HTTP-ում: RFC 7252.

• DDS - (Տվյալների բաշխման ծառայություն) 

Այսում Հոդված դիտարկվում են հիմնական արձանագրությունները և դրանց կիրառությունները։ Այս հոդվածի եզրակացությունն այն է, որ IoT-ն կօգտագործի մի շարք արձանագրություններ՝ կախված դրանց նպատակային օգտագործումից:

Այնուամենայնիվ, հետադարձ հայացքով, ինտերնետի սկզբնական տարիներին HTTP արձանագրությունը, որը կդառնա գերիշխող, շատ արձանագրություններից միայն մեկն էր:

Թեև HTTP-ն ի սկզբանե նախատեսված չէր ֆայլերի և էլփոստի փոխանցման համար, այսօր այն օգտագործվում է երկուսի համար:

Ես ակնկալում եմ, որ նույնը տեղի կունենա IoT-ի հաղորդագրությունների արձանագրությունների դեպքում. ծառայությունների մեծ մասը կօգտագործի մեկ գերակշռող արձանագրություն:

Ստորև ներկայացված են Google Trends գծապատկերները, որոնք ցույց են տալիս, թե ինչպես է փոխվել MQTT, COAP և AMQP-ի ժողովրդականությունը վերջին մի քանի տարիների ընթացքում:

Google Trends-ի ակնարկ 

Արձանագրության աջակցություն հարթակի կողմից

• Microsoft Azure- ը - MQTT, AMQP, HTTP և HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT վեբ վարդակների միջոցով

• IBM Bluemix - MQTT, HTTPS, MQTT

• Thingworx - MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Ամփոփում

Փոփոխությունների մեծ մասը տեղի է ունենում ալիքի (մակարդակներ 1 և 2) և կիրառական մակարդակներում (մակարդակ 4):

Ցանցը և տրանսպորտային շերտերը, հավանաբար, կմնան անփոփոխ:

Հավելվածի շերտում IoT բաղադրիչները կօգտագործեն հաղորդագրությունների փոխանցման արձանագրություններ: Թեև մենք դեռ գտնվում ենք IoT-ի զարգացման վաղ փուլում, հավանական է, որ հաղորդագրությունների փոխանցման մեկ կամ երկու արձանագրություն առանձնանա:

Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում MQTT-ն դարձել է ամենատարածվածը, և հենց դրա վրա եմ ես այժմ կենտրոնանում այս կայքի վրա:

HTTP-ը նույնպես կշարունակի օգտագործվել, քանի որ այն արդեն լավ ներկառուցված է գոյություն ունեցող IoT հարթակներում:

Այսքանը: Հրավիրում ենք Ձեզ գրանցվել թեմայի վերաբերյալ անվճար ցուցադրական դասի համար «Chatbot սարքի արագ հրամանների համար».

Կարդալ ավելին:

• Ինչու են սպառողների անապահով IoT համակարգերն այժմ բիզնեսի մեծ խնդիր

Source: www.habr.com