Yfirlit yfir net- og skilaboðasamskiptareglur fyrir IoT

Halló, Khabrovites! Fyrsti IoT verktaki Rússlands á netinu kynnir í OTUS í október. Skráning á námskeiðið er hafin núna og í tengslum við það höldum við áfram að deila gagnlegu efni með þér.

Internet of Things (IoT, Internet of Things) verður byggt ofan á núverandi netinnviði, tækni og samskiptareglur sem nú eru notaðar á heimilum/skrifstofum og internetinu og mun bjóða upp á margt fleira.

Tilgangur þessarar handbókar er að veita stutt yfirlit yfir netkerfi og samskiptareglur fyrir IoT.

Athugið. Þú verður að hafa þekkingu grunnatriði nettækni.

IoT net

IoT mun keyra á núverandi TCP/IP netum.

TCP/IP notar fjögurra laga líkan með sérstökum samskiptareglum í hverju lagi. Cm. að skilja TCP/IP 4 laga líkanið (við skiljum fjögurra laga líkanið af TCP / IP).

Skýringarmyndin hér að neðan sýnir samanburð á samskiptareglum sem nú eru í notkun og þeim sem líklegast er að nota fyrir IoT.

Skýringar á myndriti:

1. Leturstærðin gefur til kynna vinsældir samskiptareglunnar. Til dæmis, vinstra megin, er IPv4 stærra, þar sem það er miklu vinsælli á nútíma internetinu. Hins vegar er það minna til hægri þar sem búist er við að IPv6 verði vinsælli í IoT.

2. Ekki eru allar samskiptareglur sýndar.

3. Flestar breytingarnar eru á rásinni (stig 1 og 2) og umsóknarstig (þrep 4).

4. Líklegt er að net- og flutningalög haldist óbreytt.

Samskiptareglur tengja lag

Á gagnatengingarstigi (Data Link) þarftu að tengja tæki við hvert annað. Þau geta verið bæði nálægt, til dæmis í staðbundnum netum (staðnetum) og í mikilli fjarlægð frá hvort öðru: í þéttbýli (meðborgarnetum) og alþjóðlegum netum (breiðsvæðisnetum).

Eins og er, á þessu stigi, nota heima- og skrifstofunet (LAN) Ethernet og Wi-Fi og farsímakerfi (WAN) nota 3G / 4G. Hins vegar eru mörg IoT tæki afllítil, eins og skynjarar, og eru aðeins knúin af rafhlöðum. Í þessum tilvikum hentar Ethernet ekki, en hægt er að nota lítið afl Wi-Fi og lágt afl Bluetooth.

Þó að núverandi þráðlaus tækni (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) verði áfram notuð til að tengja þessi tæki, þá er það líka þess virði að skoða nýja tækni sem er sérstaklega hönnuð fyrir IoT forrit sem líklegt er að muni vaxa í vinsældum.

Meðal þeirra:

• BLE - Bluetooth Low Energy

• LoRaWAN - Long Range WAN

• SigFox

• LTE-M

Þeim er lýst nánar í greininni. Yfirlit yfir þráðlausa IOT tækni (yfirlit yfir þráðlausa IoT tækni).

netlag

Í netlaginu (Networking) mun samskiptareglan ráða til lengri tíma litið IPv6. Það er ólíklegt að IPv4 verði notað, en það gæti gegnt hlutverki á fyrstu stigum. Flest IoT tæki heima, eins og snjallljósaperur, nota IPv4 eins og er.

flutningslag 

Í flutningslaginu (Transport) er internetið og vefurinn einkennist af TCP. Það er notað bæði í HTTP og mörgum öðrum vinsælum netsamskiptareglum (SMTP, POP3, IMAP4, osfrv.).

MQTT, sem ég býst við að verði ein af helstu samskiptareglum forritalagsins fyrir skilaboð, notar nú TCP.

Hins vegar, í framtíðinni, vegna lægri kostnaðar, býst ég við að UDP verði vinsælli fyrir IoT. Líklega útbreiddari MQTT-SN, keyrir yfir UDP. Sjá samanburðargrein TCP vs UDP .

Umsóknarlag og samskiptareglur fyrir skilaboð

Mikilvægir eiginleikar fyrir IoT samskiptareglur:

• Hraði - magn gagna sem flutt er á sekúndu.

• Seinkun er tíminn sem það tekur að senda skilaboð.

• Orkunotkun.

• Öryggi.

• Framboð á hugbúnaði.

Sem stendur eru tvær meginsamskiptareglur notaðar virkan á þessu stigi: HTTP og MQTT.

HTTP er líklega þekktasta samskiptareglan á þessu stigi sem liggur til grundvallar vefnum (WWW). Það mun halda áfram að vera mikilvægt fyrir IoT, þar sem það er notað fyrir REST API - aðalkerfi fyrir samskipti milli vefforrita og þjónustu. Hins vegar, vegna mikils kostnaðar, er ólíklegt að HTTP verði aðal IoT samskiptareglan, þó hún verði enn mikið notuð á internetinu.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) hefur orðið aðalskilaboðasamskiptareglan í IoT vegna léttleika og auðveldrar notkunar. Sjá grein Kynning á MQTT fyrir byrjendur (Kynning á MQTT fyrir byrjendur).

Samanburður á HTTP og MQTT fyrir IoT

MQTT er hratt að verða raunverulegur staðall fyrir IoT forrit. Þetta er vegna léttleika þess og hraða miðað við HTTP og þeirrar staðreyndar að það er einn-í-marga samskiptareglur frekar en einn-í-einn (HTTP).

Mörg nútíma vefforrit myndu gjarnan nota MQTT í stað HTTP ef það var tiltækt þegar þau þróast.

Gott dæmi er að senda upplýsingar til margra viðskiptavina, svo sem komu og brottfarir lesta/rúta/flugvéla. Í þessari atburðarás hefur einn-í-einn siðareglur eins og HTTP mikið af kostnaði og leggur mikið álag á netþjóna. Það getur verið erfitt að skala þessa vefþjóna. Með MQTT tengjast viðskiptavinir miðlari, sem auðvelt er að bæta við til að jafna álag. Horfðu á kennslumyndbandið um það Endurbirta HTML gögn yfir MQTT (dæmi um flugkomur) og grein MQTT vs HTTP fyrir IOT.

Aðrar samskiptareglur fyrir skilaboð

HTTP var ekki hannað fyrir IoT forrit, en eins og fram hefur komið mun það verða mikið notað í nokkurn tíma vegna útbreiddrar notkunar í API.

Næstum allir IoT pallar styðja bæði HTTP og MQTT.

Hins vegar eru aðrar samskiptareglur sem vert er að íhuga.

Bókanir

• MQTT - (Skilaboðsröð fjarmælingarflutningur). Notar TCP/IP. Birta-áskrifandi líkanið krefst skilaboðamiðlara.

• AMQP - (Advanced Message Queuing Protocol). Notar TCP/IP. Útgefandi-áskrifandi og Point-to-Point líkan.

• COAP - (Constrained Application Protocol). Notar UDP. Hannað sérstaklega fyrir IoT, notar beiðni-svar líkanið eins og í HTTP. RFC 7252.

• DDS - (gagnadreifingarþjónusta) 

Í þessu grein er fjallað um helstu samskiptareglur og notkun þeirra. Niðurstaða þessarar greinar er sú að IoT mun nota sett af samskiptareglum, allt eftir fyrirhugaðri notkun þeirra.

Hins vegar, þegar litið er til baka, á fyrstu árum internetsins, var HTTP samskiptareglan sem yrði ríkjandi aðeins ein af mörgum samskiptareglum.

Þrátt fyrir að HTTP hafi ekki upphaflega verið hugsaður fyrir skráa- og tölvupóstflutning, er það í dag notað fyrir bæði.

Ég býst við að það sama gerist með skilaboðasamskiptareglur í IoT: flestar þjónustur munu nota eina ríkjandi samskiptareglur.

Hér að neðan eru Google Trends töflur sem sýna hvernig vinsældir MQTT, COAP og AMQP hafa breyst á undanförnum árum.

Yfirlit yfir Google Trends 

Stuðningur við bókun eftir vettvangi

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP og HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT yfir nettengi

• IBM Bluemix - MQTT,HTTPS,MQTT

• Thingworx — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Yfirlit

Flestar breytingarnar eru á rásinni (stig 1 og 2) og umsóknarstig (þrep 4).

Líklegt er að net- og flutningalög haldist óbreytt.

Í forritalaginu munu IoT hlutir nota skilaboðasamskiptareglur. Þó að við séum enn á frumstigi í IoT þróun, er líklegt að ein eða kannski tvær skilaboðasamskiptareglur muni skera sig úr.

Undanfarin ár hefur MQTT orðið vinsælast og það er á það sem ég einbeiti mér nú að þessari síðu.

HTTP verður einnig notað áfram þar sem það er nú þegar vel innbyggt í núverandi IoT palla.

Það er allt og sumt. Við bjóðum þér að skrá þig í ókeypis kynningartíma um efnið „Spjallboti fyrir skjótar skipanir í tækið“.

Lestu meira:

• Hvers vegna óörugg IoT kerfi neytenda eru nú stórt viðskiptavandamál

Heimild: www.habr.com