Преглед на протоколи за вмрежување и пораки за IoT

Здраво, Хабровци! Првиот онлајн курс за развивач на IoT во Русија лансира во OTUS во октомври. Уписите за курсот се отворени во моментов, во врска со што продолжуваме да споделуваме корисни материјали со вас.

Интернетот на нештата (IoT, Интернет на нештата) ќе биде изграден врз постоечката мрежна инфраструктура, технологии и протоколи кои моментално се користат во домовите/канцелариите и Интернетот и ќе понуди многу повеќе.

Целта на овој водич е да обезбеди краток преглед на мрежни и апликативни протоколи за IoT.

Забелешка. Мора да имате знаење основите на мрежните технологии.

IoT мрежи

IoT ќе работи на постоечките TCP/IP мрежи.

TCP/IP користи четирислоен модел со специфични протоколи на секој слој. Цм. разбирање на моделот TCP/IP 4 слој (го разбираме четирислојниот модел на TCP / IP).

Дијаграмот подолу покажува споредба на протоколите кои моментално се користат и оние кои најверојатно ќе се користат за IoT.

Белешки на графиконот:

1. Големината на фонтот ја покажува популарноста на протоколот. На пример, лево, IPv4 е поголем, бидејќи е многу попопуларен на современиот Интернет. Сепак, тој е помал од десната страна бидејќи се очекува IPv6 да биде попопуларен во IoT.

2. Не се прикажани сите протоколи.

3. Најмногу од сите промени се на нивоа на канал (нивоа 1 и 2) и нивоа на апликација (ниво 4).

4. Мрежните и транспортните слоеви веројатно ќе останат непроменети.

Протоколите на слојот за поврзување

На ниво на податочна врска (Data Link), треба да ги поврзувате уредите еден со друг. Тие можат да бидат и блиски, на пример, во локални мрежи (локални мрежи) и на голема оддалеченост една од друга: во урбани (мрежи на градско подрачје) и глобални мрежи (мрежи со широка област).

Во моментов, на ова ниво, домашните и канцелариските мрежи (LAN) користат етернет и Wi-Fi, а мобилните мрежи (WAN) користат 3G / 4G. Сепак, многу IoT уреди се со мала моќност, како што се сензорите, и се напојуваат само од батерии. Во овие случаи, Ethernet не е соодветен, но може да се користи Wi-Fi со слаба моќност и Bluetooth со мала моќност.

Додека постоечките безжични технологии (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) ќе продолжат да се користат за поврзување на овие уреди, исто така вреди да се разгледаат новите технологии специјално дизајнирани за IoT апликации кои веројатно ќе пораснат во популарност.

Меѓу нив:

• BLE – Bluetooth со мала енергија

• LoRaWAN - WAN со долг дострел

• СигФокс

• LTE-M

Тие се подетално опишани во статијата. Преглед на безжичните технологии IOT (преглед на безжичните IoT технологии).

мрежен слој

На мрежниот слој (Вмрежување), протоколот ќе доминира на долг рок IPv6. Малку е веројатно дека IPv4 ќе се користи, но може да игра улога во раните фази. Повеќето домашни IoT уреди, како што се паметните светилки, моментално користат IPv4.

транспортен слој 

На транспортниот слој (Транспорт), на интернет и на веб доминира TCP. Се користи и во HTTP и во многу други популарни интернет протоколи (SMTP, POP3, IMAP4, итн.).

MQTT, кој очекувам да стане еден од главните протоколи за апликациски слој за пораки, моментално користи TCP.

Сепак, во иднина, поради помалите трошоци, очекувам UDP да стане попопуларен за IoT. Веројатно пораспространета MQTT-SN, минувајќи преку UDP. Погледнете ја статијата за споредба TCP наспроти UDP .

Слој на апликација и протоколи за пораки

Важни карактеристики за IoT протоколите:

• Брзина - количината на пренесени податоци во секунда.

• Латентноста е времето потребно за да се испрати порака.

• Потрошувачка на енергија

• Безбедност.

• Достапност на софтвер.

Во моментов, два главни протоколи активно се користат на ова ниво: HTTP и MQTT.

HTTP е веројатно најпознатиот протокол на ова ниво во основата на веб (WWW). Ќе продолжи да биде важен за IoT, бидејќи се користи за REST API - главниот механизам за интеракција помеѓу веб-апликациите и услугите. Сепак, поради високите трошоци, HTTP најверојатно нема да стане главен протокол за IoT, иако сепак ќе биде широко користен на Интернет.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) стана главен протокол за пораки во IoT поради неговата леснотија и леснотија на користење. Видете ја статијата Вовед во MQTT за почетници (Вовед во MQTT за почетници).

Споредба на HTTP и MQTT за IoT

MQTT брзо станува де факто стандард за IoT апликации. Ова се должи на неговата леснотија и брзина во споредба со HTTP и фактот дека тој е протокол еден-на-многу, наместо еден-на-еден (HTTP).

Многу модерни веб-апликации среќно би користеле MQTT наместо HTTP доколку тој бил достапен во моментот на нивниот развој.

Добар пример е испраќањето информации до повеќе клиенти, како што се пристигнувања и поаѓања на возови/автобуси/авиони. Во ова сценарио, протоколот еден-на-еден како HTTP има многу надземни трошоци и става многу оптоварување на веб-серверите. Скалирањето на овие веб-сервери може да биде тешко. Со MQTT, клиентите се поврзуваат со брокер, кој лесно може да се додаде за балансирање на товарот. Погледнете го видео туторијалот за тоа Повторно објавување на HTML податоци преку MQTT (Пример за пристигнување на летови) и член MQTT наспроти HTTP за IOT.

Други протоколи за пораки

HTTP не беше дизајниран за IoT апликации, но како што беше споменато, тој ќе биде широко користен некое време поради неговата широка употреба во API.

Речиси сите IoT платформи поддржуваат и HTTP и MQTT.

Сепак, постојат и други протоколи кои вреди да се разгледаат.

Протоколи

• MQTT - (Телеметриски транспорт на редица пораки). Користи TCP/IP. Моделот објавува-претплати бара посредник за пораки.

• AMQP - (Напреден протокол за редица пораки). Користи TCP/IP. Издавач-претплатник и модели од точка до точка.

• КАПА - (Протокол за ограничена апликација). Користи UDP. Дизајниран специјално за IoT, го користи моделот на барање-одговор како во HTTP. RFC 7252.

• DDS - (Услуга за дистрибуција на податоци) 

Во ова Член се разгледуваат главните протоколи и нивните апликации. Заклучокот на овој напис е дека IoT ќе користи збир на протоколи, во зависност од нивната намена.

Меѓутоа, во ретроспектива, во раните години на Интернетот, протоколот HTTP кој ќе стане доминантен беше само еден од многуте протоколи.

Иако HTTP не беше првично замислен за пренос на датотеки и е-пошта, денес се користи и за двете.

Очекувам истото да се случи со протоколите за пораки во IoT: повеќето услуги ќе користат еден доминантен протокол.

Подолу се графиконите на Google Trends кои покажуваат како се промени популарноста на MQTT, COAP и AMQP во текот на изминатите неколку години.

Преглед на Google Trends 

Поддршка на протокол преку платформа

• Мајкрософт Сино - MQTT, AMQP, HTTP и HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT преку веб-сокети

• IBM Bluemix - MQTT, HTTPS, MQTT

• Thingworx - MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Краток преглед

Најмногу од сите промени се на нивоа на канал (нивоа 1 и 2) и нивоа на апликација (ниво 4).

Мрежните и транспортните слоеви веројатно ќе останат непроменети.

На слојот на апликацијата, IoT компонентите ќе користат протоколи за пораки. Додека сè уште сме во рана фаза во развојот на IoT, веројатно е дека еден или можеби два протоколи за пораки ќе се издвојат.

Во текот на изминатите неколку години, MQTT стана најпопуларен, и токму на него сега се фокусирам на оваа страница.

HTTP, исто така, ќе продолжи да се користи бидејќи е веќе добро вграден во постоечките IoT платформи.

Тоа е се. Ве покануваме да се регистрирате за бесплатна демо лекција на оваа тема „Chatbot за брзи команди на уредот“.

Прочитај повеќе:

• Зошто небезбедните потрошувачки IoT системи сега се голем деловен проблем

Извор: www.habr.com