Ikhtisar Protokol Jaringan dan Perpesanan untuk IoT

Halo, warga Khabrov! Pengembang IoT kursus online pertama di Rusia diluncurkan di OTUS pada bulan Oktober. Pendaftaran kursus telah dibuka sekarang, oleh karena itu kami terus membagikan materi bermanfaat kepada Anda.

Internet of Things (IoT, Internet of Things) akan dibangun di atas infrastruktur jaringan, teknologi dan protokol yang ada yang saat ini digunakan di rumah/kantor dan Internet, dan akan menawarkan lebih banyak lagi.

Tujuan dari panduan ini adalah untuk memberikan gambaran singkat tentang jaringan dan protokol aplikasi untuk IoT.

Catatan. Anda harus memiliki pengetahuan dasar-dasar teknologi jaringan.

jaringan IoT

IoT akan berjalan di jaringan TCP/IP yang ada.

TCP/IP menggunakan model empat lapisan dengan protokol khusus di setiap lapisan. Cm. memahami model lapisan TCP/IP 4 (kami memahami model empat lapis TCP/IP).

Diagram di bawah menunjukkan perbandingan protokol yang saat ini digunakan dan protokol yang paling mungkin digunakan untuk IoT.

Catatan bagan:

1. Ukuran font menunjukkan popularitas protokol. Misalnya, di sebelah kiri, IPv4 lebih besar, karena lebih populer di Internet modern. Namun, ukurannya lebih kecil di sebelah kanan karena IPv6 diperkirakan lebih populer di IoT.

2. Tidak semua protokol ditampilkan.

3. Perubahan paling banyak terjadi pada saluran (level 1 dan 2) dan level aplikasi (level 4).

4. Lapisan jaringan dan transportasi kemungkinan besar tidak akan berubah.

Protokol lapisan tautan

Pada tingkat tautan data (Data Link), Anda perlu menghubungkan perangkat satu sama lain. Mereka bisa dekat, misalnya, di jaringan lokal (jaringan lokal) dan sangat jauh satu sama lain: di jaringan perkotaan (jaringan area metropolitan) dan jaringan global (jaringan area luas).

Saat ini, pada level ini, jaringan rumah dan kantor (LAN) menggunakan Ethernet dan Wi-Fi, dan jaringan seluler (WAN) menggunakan 3G/4G. Namun, banyak perangkat IoT yang berdaya rendah, seperti sensor, dan hanya ditenagai oleh baterai. Dalam kasus ini, Ethernet tidak cocok, namun Wi-Fi berdaya rendah dan Bluetooth berdaya rendah dapat digunakan.

Meskipun teknologi nirkabel yang ada (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) akan terus digunakan untuk menghubungkan perangkat-perangkat ini, ada baiknya juga melihat teknologi baru yang dirancang khusus untuk aplikasi IoT yang kemungkinan akan semakin populer.

Di antara mereka:

• BLE – Bluetooth Hemat Energi

• LoRaWAN - WAN Jarak Jauh

• SigFox

• LTE-M

Mereka dijelaskan secara lebih rinci dalam artikel. Ikhtisar teknologi nirkabel IOT (ikhtisar teknologi IoT nirkabel).

lapisan jaringan

Pada lapisan jaringan (Networking), protokol akan mendominasi dalam jangka panjang IPv6. Kecil kemungkinan IPv4 akan digunakan, namun mungkin berperan pada tahap awal. Sebagian besar perangkat IoT rumahan, seperti bola lampu pintar, saat ini menggunakan IPv4.

lapisan transportasi 

Pada lapisan transport (Transport), Internet dan web didominasi oleh TCP. Ini digunakan di HTTP dan banyak protokol Internet populer lainnya (SMTP, POP3, IMAP4, dll.).

MQTT, yang saya harapkan menjadi salah satu protokol lapisan aplikasi utama untuk pengiriman pesan, saat ini menggunakan TCP.

Namun, di masa depan, karena overhead yang lebih rendah, saya berharap UDP menjadi lebih populer untuk IoT. Mungkin lebih luas MQTT-SN, menjalankan UDP. Lihat artikel perbandingan TCP vs UDP .

Lapisan aplikasi dan protokol perpesanan

Karakteristik penting untuk protokol IoT:

• Kecepatan - jumlah data yang ditransfer per detik.

• Latensi adalah waktu yang diperlukan untuk mengirim pesan.

• Konsumsi daya

• Keamanan

• Ketersediaan perangkat lunak.

Saat ini, dua protokol utama digunakan secara aktif pada level ini: HTTP dan MQTT.

HTTP mungkin merupakan protokol paling terkenal pada level yang mendasari web (WWW). Ini akan terus menjadi penting bagi IoT, karena digunakan untuk REST API - mekanisme utama untuk interaksi antara aplikasi dan layanan web. Namun, karena overhead yang tinggi, HTTP kemungkinan tidak akan menjadi protokol utama IoT, meskipun masih banyak digunakan di Internet.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) telah menjadi protokol pengiriman pesan utama di IoT karena ringan dan mudah digunakan. Lihat artikel Pengenalan MQTT untuk pemula (Pengantar MQTT untuk pemula).

Perbandingan HTTP dan MQTT untuk IoT

MQTT dengan cepat menjadi standar de facto untuk aplikasi IoT. Hal ini disebabkan ringan dan cepatnya dibandingkan dengan HTTP dan fakta bahwa ini adalah protokol satu-ke-banyak, bukan satu-ke-satu (HTTP).

Banyak aplikasi web modern akan dengan senang hati menggunakan MQTT daripada HTTP jika tersedia pada saat pengembangannya.

Contoh yang baik adalah mengirimkan informasi ke banyak klien, seperti kedatangan dan keberangkatan kereta/bus/pesawat. Dalam skenario ini, protokol satu-ke-satu seperti HTTP memiliki banyak overhead dan memberikan banyak beban pada server web. Menskalakan server web ini mungkin sulit. Dengan MQTT, klien terhubung ke broker, yang dapat dengan mudah ditambahkan untuk penyeimbangan beban. Tonton video tutorial tentangnya Publikasikan Ulang Data HTML Melalui MQTT (Contoh Kedatangan Penerbangan) dan artikel MQTT vs HTTP untuk IOT.

Protokol perpesanan lainnya

HTTP tidak dirancang untuk aplikasi IoT, tetapi seperti yang disebutkan, HTTP akan digunakan secara luas untuk beberapa waktu karena penggunaannya yang luas API.

Hampir semua platform IoT mendukung HTTP dan MQTT.

Namun, ada protokol lain yang patut dipertimbangkan.

Protokol

• MQTT - (Transportasi Telemetri Antrian Pesan). Menggunakan TCP/IP. Model terbitkan-berlangganan memerlukan perantara pesan.

• AMQP - (Protokol Antrian Pesan Tingkat Lanjut). Menggunakan TCP/IP. Model Penerbit-Pelanggan dan Point-to-Point.

• COAP - (Protokol Aplikasi Terbatas). Menggunakan UDP. Dirancang khusus untuk IoT, menggunakan model permintaan-respons seperti pada HTTP. RFC 7252.

• DDS - (Layanan Distribusi Data) 

Di dalam Artikel protokol utama dan aplikasinya dipertimbangkan. Kesimpulan dari artikel ini adalah bahwa IoT akan menggunakan serangkaian protokol, bergantung pada tujuan penggunaannya.

Namun, jika dipikir-pikir, pada tahun-tahun awal Internet, protokol HTTP yang menjadi dominan hanyalah salah satu dari banyak protokol.

Meskipun HTTP awalnya tidak dirancang untuk transfer file dan email, saat ini HTTP digunakan untuk keduanya.

Saya memperkirakan hal yang sama akan terjadi dengan protokol perpesanan di IoT: sebagian besar layanan akan menggunakan satu protokol utama.

Di bawah ini adalah grafik Google Trends yang menunjukkan perubahan popularitas MQTT, COAP, dan AMQP selama beberapa tahun terakhir.

Ikhtisar Google Trends 

Dukungan protokol berdasarkan platform

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP dan HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT melalui soket web

• IBM Bluemix-MQTT,HTTPS,MQTT

• Hal yang buruk — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Ringkasan

Perubahan paling banyak terjadi pada saluran (level 1 dan 2) dan level aplikasi (level 4).

Lapisan jaringan dan transportasi kemungkinan besar tidak akan berubah.

Pada lapisan aplikasi, komponen IoT akan menggunakan protokol pesan. Meskipun kita masih berada pada tahap awal dalam pengembangan IoT, kemungkinan besar ada satu atau dua protokol perpesanan yang menonjol.

Selama beberapa tahun terakhir, MQTT telah menjadi yang paling populer, dan sekarang saya fokus pada situs ini.

HTTP juga akan terus digunakan karena sudah terpasang dengan baik pada platform IoT yang ada.

Itu saja. Kami mengundang Anda untuk mendaftar pelajaran demo gratis tentang topik tersebut "Chatbot untuk perintah cepat ke perangkat".

Baca selengkapnya:

• Mengapa sistem IoT konsumen yang tidak aman kini menjadi masalah bisnis yang besar

Sumber: www.habr.com