IoT-ისთვის ქსელის და შეტყობინებების პროტოკოლების მიმოხილვა

გამარჯობა ხაბროველებო! რუსეთის პირველი ონლაინ კურსი IoT დეველოპერი გამოდის OTUS-ში ოქტომბერში. კურსზე რეგისტრაცია უკვე დაწყებულია, ამასთან დაკავშირებით ვაგრძელებთ თქვენთვის სასარგებლო მასალების გაზიარებას.

ნივთების ინტერნეტი (IoT, ნივთების ინტერნეტი) აშენდება არსებული ქსელური ინფრასტრუქტურის, ტექნოლოგიებისა და პროტოკოლების თავზე, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება სახლებში/ოფისებში და ინტერნეტში და შესთავაზებს ბევრად მეტს.

ამ სახელმძღვანელოს მიზანია მიაწოდოს მოკლე მიმოხილვა ქსელის და აპლიკაციის პროტოკოლების IoT-ისთვის.

Შენიშვნა. ცოდნა უნდა გქონდეს ქსელური ტექნოლოგიების საფუძვლები.

IoT ქსელები

IoT იმუშავებს არსებულ TCP/IP ქსელებზე.

TCP/IP იყენებს ოთხ ფენიან მოდელს თითოეულ შრეზე სპეციფიკური პროტოკოლებით. Სმ. TCP/IP 4 ფენის მოდელის გაგება (ჩვენ გვესმის TCP / IP ოთხი ფენის მოდელი).

ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ნაჩვენებია ამჟამად გამოყენებული პროტოკოლებისა და IoT-ისთვის გამოყენებული პროტოკოლების შედარება.

გრაფიკის შენიშვნები:

1. შრიფტის ზომა მიუთითებს პროტოკოლის პოპულარულობაზე. მაგალითად, მარცხნივ, IPv4 უფრო დიდია, რადგან ის ბევრად უფრო პოპულარულია თანამედროვე ინტერნეტში. თუმცა, ის უფრო მცირეა მარჯვნივ, რადგან IPv6, სავარაუდოდ, უფრო პოპულარული იქნება IoT-ში.

2. ყველა პროტოკოლი არ არის ნაჩვენები.

3. ცვლილებების უმეტესობა ხდება არხის (დონეები 1 და 2) და განაცხადის დონეზე (დონე 4).

4. ქსელი და სატრანსპორტო ფენები სავარაუდოდ უცვლელი დარჩება.

ბმულის ფენის პროტოკოლები

მონაცემთა ბმულის დონეზე (Data Link), თქვენ უნდა დააკავშიროთ მოწყობილობები ერთმანეთთან. ისინი შეიძლება იყვნენ როგორც ახლოს, მაგალითად, ლოკალურ ქსელებში (ლოკალური ქსელები) და ერთმანეთისგან დიდ მანძილზე: ურბანულ (მეტროპოლიტენის ქსელები) და გლობალურ ქსელებში (ფართო ტერიტორიის ქსელები).

ამჟამად, ამ დონეზე, სახლის და ოფისის ქსელები (LAN) იყენებენ Ethernet-ს და Wi-Fi-ს, ხოლო მობილური (WAN) იყენებენ 3G/4G-ს. თუმცა, ბევრი IoT მოწყობილობა დაბალი სიმძლავრისაა, როგორიცაა სენსორები და იკვებება მხოლოდ ბატარეებით. ამ შემთხვევებში, Ethernet არ არის შესაფერისი, მაგრამ დაბალი სიმძლავრის Wi-Fi და დაბალი ენერგიის Bluetooth შეიძლება გამოყენებულ იქნას.

მიუხედავად იმისა, რომ არსებული უკაბელო ტექნოლოგიები (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) გაგრძელდება ამ მოწყობილობების დასაკავშირებლად გამოყენებული, ასევე ღირს ახალი ტექნოლოგიების ნახვა, რომლებიც სპეციალურად შექმნილია IoT აპლიკაციებისთვის, რომლებიც, სავარაუდოდ, პოპულარობით სარგებლობენ.

მათ შორის:

• BLE - Bluetooth დაბალი ენერგიის

• LoRaWAN - გრძელვადიანი WAN

• სიგფოქსი

• LTE-M

ისინი უფრო დეტალურად არის აღწერილი სტატიაში. IOT უკაბელო ტექნოლოგიების მიმოხილვა (უკაბელო IoT ტექნოლოგიების მიმოხილვა).

ქსელის ფენა

ქსელის ფენაზე (ქსელში) პროტოკოლი დომინირებს გრძელვადიან პერსპექტივაში IPv6. ნაკლებად სავარაუდოა, რომ IPv4 იქნება გამოყენებული, მაგრამ მან შესაძლოა როლი ითამაშოს ადრეულ ეტაპებზე. სახლის IoT მოწყობილობების უმეტესობა, როგორიცაა ჭკვიანი ნათურები, ამჟამად იყენებს IPv4-ს.

სატრანსპორტო ფენა 

სატრანსპორტო ფენაში (ტრანსპორტი) ინტერნეტი და ინტერნეტი დომინირებს TCP. იგი გამოიყენება როგორც HTTP-ში, ასევე ბევრ სხვა პოპულარულ ინტერნეტ პროტოკოლში (SMTP, POP3, IMAP4 და ა.შ.).

MQTT, რომელიც მე ველოდები, რომ გახდება აპლიკაციის ფენის ერთ-ერთი მთავარი პროტოკოლი შეტყობინებებისთვის, ამჟამად იყენებს TCP-ს.

თუმცა, მომავალში, დაბალი ზედნადების გამო, ველი, რომ UDP უფრო პოპულარული გახდება IoT-ისთვის. ალბათ უფრო გავრცელებული MQTT-SN, UDP-ზე გაშვებული. იხილეთ შედარების სტატია TCP და UDP .

აპლიკაციის ფენა და შეტყობინებების პროტოკოლები

IoT პროტოკოლების მნიშვნელოვანი მახასიათებლები:

• სიჩქარე - გადაცემული მონაცემების რაოდენობა წამში.

• ლატენტურობა არის დრო, რომელიც სჭირდება შეტყობინების გაგზავნას.

• ენერგომოხმარება

• უსაფრთხოება

• პროგრამული უზრუნველყოფის ხელმისაწვდომობა.

ამჟამად ამ დონეზე აქტიურად გამოიყენება ორი ძირითადი პროტოკოლი: HTTP და MQTT.

HTTP არის ალბათ ამ დონის ყველაზე ცნობილი პროტოკოლი, რომელიც ეფუძნება ვებს (WWW). ის კვლავაც მნიშვნელოვანი იქნება IoT-სთვის, რადგან გამოიყენება REST API - ვებ აპლიკაციებსა და სერვისებს შორის ურთიერთქმედების მთავარი მექანიზმი. თუმცა, მაღალი ხარჯების გამო, HTTP ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გახდეს მთავარი IoT პროტოკოლი, თუმცა ის მაინც ფართოდ იქნება გამოყენებული ინტერნეტში.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) გახდა მესიჯის მთავარი პროტოკოლი IoT-ში მისი სიმსუბუქისა და გამოყენების სიმარტივის გამო. იხილეთ სტატია MQTT-ის შესავალი დამწყებთათვის (MQTT-ის შესავალი დამწყებთათვის).

HTTP-ისა და MQTT-ის შედარება IoT-სთვის

MQTT სწრაფად ხდება IoT აპლიკაციების დე ფაქტო სტანდარტი. ეს განპირობებულია მისი სიმსუბუქითა და სიჩქარით HTTP-თან შედარებით და იმით, რომ ეს არის პროტოკოლი ერთი-მრავალზე და არა ერთი-ერთზე (HTTP).

ბევრი თანამედროვე ვებ აპლიკაცია სიამოვნებით გამოიყენებდა MQTT-ს HTTP-ის ნაცვლად, თუ ის ხელმისაწვდომი იქნებოდა მათი განვითარების დროს.

კარგი მაგალითია ინფორმაციის გაგზავნა მრავალი კლიენტისთვის, როგორიცაა მატარებლების/ავტობუსების/თვითმფრინავების ჩამოსვლა და გამგზავრება. ამ სცენარში, ერთ-ერთ პროტოკოლს, როგორიცაა HTTP, აქვს ბევრი ზედნადები და დიდ დატვირთვას აყენებს ვებ სერვერებზე. ამ ვებ სერვერების სკალირება შეიძლება რთული იყოს. MQTT-ის საშუალებით კლიენტები უკავშირდებიან ბროკერს, რომელიც შეიძლება ადვილად დაემატოს დატვირთვის დაბალანსებისთვის. ნახეთ ვიდეო გაკვეთილი ამის შესახებ HTML მონაცემების ხელახლა გამოქვეყნება MQTT-ზე (ფრენის ჩამოსვლის მაგალითი) და სტატია MQTT vs HTTP IOT-ისთვის.

სხვა შეტყობინებების პროტოკოლები

HTTP არ იყო შექმნილი IoT აპლიკაციებისთვის, მაგრამ როგორც აღვნიშნეთ, ის ფართოდ იქნება გამოყენებული გარკვეული პერიოდის განმავლობაში მისი ფართო გამოყენების გამო. API.

თითქმის ყველა IoT პლატფორმა მხარს უჭერს HTTP და MQTT.

თუმცა, არსებობს სხვა პროტოკოლები, რომლებიც გასათვალისწინებელია.

ოქმები

• MQTT - (Message Queuing Telemetry Transport). იყენებს TCP/IP. გამოქვეყნება-გამოწერის მოდელი მოითხოვს შეტყობინების ბროკერს.

• AMQP - (Advanced Message Queuing Protocol). იყენებს TCP/IP. Publisher-Subscriber და Point-to-Point მოდელები.

• კუპი - (შეზღუდული განაცხადის პროტოკოლი). იყენებს UDP. შექმნილია სპეციალურად IoT-სთვის, იყენებს მოთხოვნა-პასუხის მოდელს, როგორც HTTP-ში. RFC 7252.

• DDS - (მონაცემთა განაწილების სერვისი) 

ამაში მუხლი განიხილება ძირითადი ოქმები და მათი განაცხადები. ამ სტატიის დასკვნა არის ის, რომ IoT გამოიყენებს პროტოკოლების ერთობლიობას, მათი დანიშნულებისამებრ.

თუმცა, რეტროსპექტივაში, ინტერნეტის ადრეულ წლებში, HTTP პროტოკოლი, რომელიც დომინანტური გახდებოდა, იყო მხოლოდ ერთი მრავალი პროტოკოლიდან.

მიუხედავად იმისა, რომ HTTP თავდაპირველად არ იყო ჩაფიქრებული ფაილისა და ელ.ფოსტის გადასატანად, დღეს ის ორივესთვის გამოიყენება.

მე ველოდები, რომ იგივე მოხდება IoT-ში შეტყობინებების პროტოკოლებთან დაკავშირებით: სერვისების უმეტესობა გამოიყენებს ერთ დომინანტურ პროტოკოლს.

ქვემოთ მოცემულია Google Trends სქემები, სადაც ნაჩვენებია, თუ როგორ შეიცვალა MQTT, COAP და AMQP პოპულარობა ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში.

Google Trends-ის მიმოხილვა 

პროტოკოლის მხარდაჭერა პლატფორმის მიერ

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP და HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT ვებსოკეტების საშუალებით

• IBM Bluemix - MQTT, HTTPS, MQTT

• Thingworx - MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

რეზიუმე

ცვლილებების უმეტესობა ხდება არხის (დონეები 1 და 2) და განაცხადის დონეზე (დონე 4).

ქსელი და სატრანსპორტო ფენები სავარაუდოდ უცვლელი დარჩება.

აპლიკაციის ფენაზე, IoT კომპონენტები გამოიყენებენ შეტყობინებების პროტოკოლებს. მიუხედავად იმისა, რომ ჯერ კიდევ IoT განვითარების ადრეულ ეტაპზე ვართ, სავარაუდოა, რომ ერთი ან შესაძლოა ორი შეტყობინებების პროტოკოლი გამოირჩეოდეს.

ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, MQTT გახდა ყველაზე პოპულარული და სწორედ მასზე ვამახვილებ ყურადღებას ამ საიტზე.

HTTP ასევე გააგრძელებს გამოყენებას, რადგან ის უკვე კარგად არის ჩაშენებული არსებულ IoT პლატფორმებში.

Სულ ეს არის. გეპატიჟებით დარეგისტრირდეთ უფასო დემო გაკვეთილზე თემაზე "ჩატბოტი მოწყობილობაზე სწრაფი ბრძანებებისთვის".

Წაიკითხე მეტი:

• რატომ არის დაუცველი სამომხმარებლო IoT სისტემები ახლა ბიზნესის დიდ პრობლემად

წყარო: www.habr.com