IoT용 네트워킹 및 메시징 프로토콜 개요

안녕하세요, Khabrovites! 러시아 최초의 온라인 과정 IoT 개발자 XNUMX월 OTUS에서 출시됩니다. 유용한 자료를 계속해서 공유할 수 있도록 과정 등록이 현재 열려 있습니다.

사물 인터넷(IoT, Internet of Things)은 현재 가정/사무실 및 인터넷에서 사용되는 기존 네트워크 인프라, 기술 및 프로토콜 위에 구축될 것이며 훨씬 더 많은 것을 제공할 것입니다.

이 가이드의 목적은 IoT용 네트워킹 및 애플리케이션 프로토콜에 대한 간략한 개요를 제공하는 것입니다.

메모. 지식이 있어야 합니다. 네트워크 기술의 기초.

IoT 네트워크

IoT는 기존 TCP/IP 네트워크에서 실행됩니다.

TCP/IP는 각 계층에 특정 프로토콜이 있는 XNUMX계층 모델을 사용합니다. 센티미터. TCP/IP 4계층 모델 이해 (우리는 TCP/IP의 XNUMX계층 모델을 이해합니다).

아래 다이어그램은 현재 사용 중인 프로토콜과 IoT에 가장 많이 사용될 프로토콜을 비교한 것입니다.

차트 참고:

1. 글꼴 크기는 프로토콜의 인기도를 나타냅니다. 예를 들어 왼쪽에 있는 IPv4는 최신 인터넷에서 훨씬 더 많이 사용되기 때문에 크기가 더 큽니다. 그러나 IPv6가 IoT에서 더 많이 보급될 것으로 예상되므로 오른쪽이 더 작습니다.

2. 모든 프로토콜이 표시되는 것은 아닙니다.

3. 대부분의 모든 변경 사항은 채널(수준 1 및 2) 및 응용 프로그램 수준(수준 4)에 있습니다.

4. 네트워크 및 전송 계층은 변경되지 않은 상태로 유지될 가능성이 높습니다.

링크 계층 프로토콜

데이터 링크 레벨(Data Link)에서는 장치를 서로 연결해야 합니다. 예를 들어, 로컬 네트워크(로컬 네트워크)에서 가깝고 도시(대도시 네트워크) 및 글로벌 네트워크(광역 네트워크)에서 서로 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.

현재 이 수준에서 가정 및 사무실 네트워크(LAN)는 이더넷과 Wi-Fi를 사용하고 모바일(WAN)은 3G/4G를 사용합니다. 그러나 많은 IoT 장치는 센서와 같은 저전력이며 배터리로만 전원을 공급받습니다. 이 경우 이더넷은 적합하지 않지만 저전력 Wi-Fi 및 저전력 Bluetooth를 사용할 수 있습니다.

기존 무선 기술(Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G)이 계속해서 이러한 장치를 연결하는 데 사용되지만 인기가 높아질 IoT 애플리케이션용으로 특별히 설계된 새로운 기술도 살펴볼 가치가 있습니다.

그 중 :

• BLE - 블루투스 저에너지

• LoRaWAN - 장거리 WAN

• 시그폭스

• LTE-M

기사에 자세히 설명되어 있습니다. IOT 무선 기술 개요 (무선 IoT 기술 개요).

네트워크 계층

네트워크 계층(네트워킹)에서 프로토콜은 장기적으로 우세할 것입니다. IPv6. IPv4가 사용될 가능성은 낮지만 초기 단계에서 역할을 할 수 있습니다. 스마트 전구와 같은 대부분의 가정용 IoT 장치는 현재 IPv4를 사용합니다.

전송 계층 

전송 계층(Transport)에서 인터넷과 웹은 TCP에 의해 지배됩니다. 이것은 HTTP와 기타 널리 사용되는 인터넷 프로토콜(SMTP, POP3, IMAP4 등) 모두에서 사용됩니다.

메시징을 위한 주요 애플리케이션 계층 프로토콜 중 하나가 될 것으로 예상되는 MQTT는 현재 TCP를 사용합니다.

그러나 앞으로는 낮은 오버헤드로 인해 UDP가 IoT에 더 많이 보급될 것으로 기대합니다. 아마도 더 널리 퍼져있을 것입니다. MQTT-SN, UDP를 통해 실행. 비교 기사 보기 TCP 대 UDP .

애플리케이션 계층 및 메시징 프로토콜

IoT 프로토콜의 중요한 특성:

• 속도 - 초당 전송되는 데이터의 양.

• 대기 시간은 메시지를 보내는 데 걸리는 시간입니다.

• 소비 전력

• 보안.

• 소프트웨어 가용성.

현재 이 수준에서 HTTP와 MQTT라는 두 가지 주요 프로토콜이 활발히 사용되고 있습니다.

HTTP는 아마도 웹(WWW)의 기반이 되는 이 수준에서 가장 잘 알려진 프로토콜일 것입니다. 웹 응용 프로그램과 서비스 간의 상호 작용을 위한 기본 메커니즘인 REST API에 사용되므로 IoT에 계속해서 중요할 것입니다. 그러나 높은 오버헤드로 인해 HTTP는 여전히 인터넷에서 널리 사용될 것이지만 주요 IoT 프로토콜이 될 가능성은 낮습니다.

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)는 가볍고 사용하기 쉽기 때문에 IoT의 주요 메시징 프로토콜이 되었습니다. 기사 보기 초보자를 위한 MQTT 소개 (초보자를 위한 MQTT 소개).

IoT용 HTTP와 MQTT 비교

MQTT는 빠르게 IoT 애플리케이션의 사실상의 표준이 되고 있습니다. 이는 HTTP에 비해 가볍고 속도가 빠르며 일대일(HTTP)이 아닌 일대다 프로토콜이라는 사실 때문입니다.

많은 최신 웹 애플리케이션은 개발 당시에 사용 가능했다면 HTTP 대신 MQTT를 기꺼이 사용할 것입니다.

좋은 예는 기차/버스/비행기의 도착 및 출발과 같은 정보를 여러 클라이언트에게 보내는 것입니다. 이 시나리오에서 HTTP와 같은 일대일 프로토콜은 많은 오버헤드가 있고 웹 서버에 많은 부하를 줍니다. 이러한 웹 서버를 확장하는 것은 어려울 수 있습니다. MQTT를 사용하면 클라이언트가 로드 밸런싱을 위해 쉽게 추가할 수 있는 브로커에 연결됩니다. 그것에 대한 비디오 자습서를보십시오 MQTT를 통해 HTML 데이터 다시 게시(항공편 도착 예) 그리고 기사 IOT용 MQTT와 HTTP.

기타 메시징 프로토콜

HTTP는 IoT 응용 프로그램용으로 설계되지 않았지만 언급한 바와 같이 API.

거의 모든 IoT 플랫폼은 HTTP와 MQTT를 모두 지원합니다.

그러나 고려해야 할 다른 프로토콜이 있습니다.

프로토콜

• MQTT - (메시지 큐 원격 측정 전송). TCP/IP를 사용합니다. 게시-구독 모델에는 메시지 브로커가 필요합니다.

• AMQP - (고급 메시지 대기열 프로토콜). TCP/IP를 사용합니다. 게시자-구독자 및 지점 간 모델.

• COAP - (제약된 애플리케이션 프로토콜). UDP를 사용합니다. IoT용으로 특별히 설계되었으며 HTTP에서와 같이 요청-응답 모델을 사용합니다. RFC 7252.

• DDS - (데이터 유통 서비스) 

이 기사 주요 프로토콜과 해당 응용 프로그램이 고려됩니다. 이 기사의 결론은 IoT가 용도에 따라 일련의 프로토콜을 사용한다는 것입니다.

그러나 돌이켜보면 인터넷 초기에 지배적인 HTTP 프로토콜은 많은 프로토콜 중 하나에 불과했습니다.

HTTP는 원래 파일 및 이메일 전송용으로 고안되지 않았지만 오늘날에는 두 가지 모두에 사용됩니다.

IoT의 메시징 프로토콜에서도 동일한 일이 발생할 것으로 예상합니다. 대부분의 서비스는 하나의 주요 프로토콜을 사용합니다.

아래는 지난 몇 년 동안 MQTT, COAP 및 AMQP의 인기가 어떻게 변했는지 보여주는 Google 트렌드 차트입니다.

Google 트렌드 개요 

플랫폼별 프로토콜 지원

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP 및 HTTPS

• AWS - 웹소켓을 통한 MQTT, HTTPS, MQTT

• IBM Bluemix - MQTT, HTTPS, MQTT

• Thingworx — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

개요

대부분의 모든 변경 사항은 채널(수준 1 및 2) 및 응용 프로그램 수준(수준 4)에 있습니다.

네트워크 및 전송 계층은 변경되지 않은 상태로 유지될 가능성이 높습니다.

애플리케이션 계층에서 IoT 구성 요소는 메시징 프로토콜을 사용합니다. 우리는 아직 IoT 개발 초기 단계에 있지만 하나 또는 두 개의 메시징 프로토콜이 눈에 띌 것입니다.

지난 몇 년 동안 MQTT가 가장 인기를 얻었고 이제 이 사이트에 집중하고 있습니다.

HTTP는 이미 기존 IoT 플랫폼에 잘 구축되어 있기 때문에 계속해서 사용될 것입니다.

그게 다야. 주제에 대한 무료 데모 강의에 등록하도록 초대합니다. "장치에 대한 빠른 명령을 위한 챗봇".

더 읽어보기:

• 안전하지 않은 소비자 IoT 시스템이 이제 큰 비즈니스 문제인 이유

출처 : habr.com