Gambaran Keseluruhan Protokol Rangkaian dan Pemesejan untuk IoT

Hello, Khabrovites! Pembangun IoT kursus dalam talian pertama Rusia dilancarkan di OTUS pada bulan Oktober. Pendaftaran untuk kursus dibuka sekarang, yang berkaitan dengannya kami terus berkongsi bahan berguna dengan anda.

Internet of Things (IoT, Internet of Things) akan dibina di atas infrastruktur rangkaian sedia ada, teknologi dan protokol yang kini digunakan di rumah/pejabat dan Internet, dan akan menawarkan lebih banyak lagi.

Tujuan panduan ini adalah untuk memberikan gambaran ringkas tentang rangkaian dan protokol aplikasi untuk IoT.

Catatan. Anda mesti mempunyai pengetahuan asas teknologi rangkaian.

rangkaian IoT

IoT akan berjalan pada rangkaian TCP/IP sedia ada.

TCP/IP menggunakan model empat lapisan dengan protokol tertentu pada setiap lapisan. Cm. memahami model lapisan TCP/IP 4 (kami memahami model empat lapisan TCP / IP).

Rajah di bawah menunjukkan perbandingan protokol yang sedang digunakan dan yang paling mungkin digunakan untuk IoT.

Nota carta:

1. Saiz fon menunjukkan populariti protokol. Sebagai contoh, di sebelah kiri, IPv4 lebih besar, kerana ia lebih popular di Internet moden. Walau bagaimanapun, ia lebih kecil di sebelah kanan kerana IPv6 dijangka lebih popular dalam IoT.

2. Tidak semua protokol ditunjukkan.

3. Kebanyakan semua perubahan adalah pada saluran (tahap 1 dan 2) dan tahap aplikasi (tahap 4).

4. Lapisan rangkaian dan pengangkutan berkemungkinan kekal tidak berubah.

Protokol lapisan pautan

Pada peringkat pautan data (Pautan Data), anda perlu menyambungkan peranti antara satu sama lain. Kedua-duanya boleh rapat, contohnya, dalam rangkaian tempatan (rangkaian tempatan) dan pada jarak yang jauh antara satu sama lain: dalam bandar (rangkaian kawasan metropolitan) dan rangkaian global (rangkaian kawasan luas).

Pada masa ini, pada tahap ini, rangkaian rumah dan pejabat (LAN) menggunakan Ethernet dan Wi-Fi, dan mudah alih (WAN) menggunakan 3G / 4G. Walau bagaimanapun, banyak peranti IoT mempunyai kuasa rendah, seperti penderia, dan hanya dikuasakan oleh bateri. Dalam kes ini, Ethernet tidak sesuai, tetapi Wi-Fi berkuasa rendah dan Bluetooth berkuasa rendah boleh digunakan.

Walaupun teknologi wayarles sedia ada (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) akan terus digunakan untuk menyambungkan peranti ini, ia juga patut melihat teknologi baharu yang direka khusus untuk aplikasi IoT yang mungkin semakin popular.

Antaranya:

• BLE – Tenaga Rendah Bluetooth

• LoRaWAN - WAN Jarak Jauh

• SigFox

• LTE-M

Mereka diterangkan dengan lebih terperinci dalam artikel. Gambaran keseluruhan teknologi wayarles IOT (gambaran keseluruhan teknologi IoT tanpa wayar).

lapisan rangkaian

Pada lapisan rangkaian (Rangkaian), protokol akan mendominasi dalam jangka masa panjang IPv6. Tidak mungkin IPv4 akan digunakan, tetapi ia mungkin memainkan peranan pada peringkat awal. Kebanyakan peranti IoT rumah, seperti mentol lampu pintar, kini menggunakan IPv4.

lapisan pengangkutan 

Pada lapisan pengangkutan (Transport), Internet dan web dikuasai oleh TCP. Ia digunakan dalam kedua-dua HTTP dan banyak protokol Internet popular lain (SMTP, POP3, IMAP4, dll.).

MQTT, yang saya jangkakan untuk menjadi salah satu protokol lapisan aplikasi utama untuk pemesejan, kini menggunakan TCP.

Walau bagaimanapun, pada masa hadapan, disebabkan overhed yang lebih rendah, saya menjangkakan UDP akan menjadi lebih popular untuk IoT. Mungkin lebih meluas MQTT-SN, berjalan di atas UDP. Lihat artikel perbandingan TCP lwn UDP .

Lapisan aplikasi dan protokol pemesejan

Ciri-ciri penting untuk protokol IoT:

• Kelajuan - jumlah data yang dipindahkan sesaat.

• Latensi ialah masa yang diperlukan untuk menghantar mesej.

• Penggunaan kuasa

• Keselamatan.

• Ketersediaan perisian.

Pada masa ini, dua protokol utama digunakan secara aktif pada tahap ini: HTTP dan MQTT.

HTTP mungkin merupakan protokol yang paling terkenal pada tahap ini yang mendasari web (WWW). Ia akan terus menjadi penting untuk IoT, kerana ia digunakan untuk API REST - mekanisme utama untuk interaksi antara aplikasi web dan perkhidmatan. Walau bagaimanapun, disebabkan overhed yang tinggi, HTTP tidak mungkin menjadi protokol IoT utama, walaupun ia masih akan digunakan secara meluas di Internet.

MQTT (Mesej Qeuing Telemetry Transport) telah menjadi protokol pemesejan utama dalam IoT kerana ringan dan mudah digunakan. Lihat artikel Pengenalan kepada MQTT untuk pemula (Pengenalan kepada MQTT untuk pemula).

Perbandingan HTTP dan MQTT untuk IoT

MQTT dengan pantas menjadi standard de facto untuk aplikasi IoT. Ini disebabkan oleh keringanan dan kelajuannya berbanding HTTP dan hakikat bahawa ia adalah protokol satu-ke-banyak dan bukannya satu-ke-satu (HTTP).

Banyak aplikasi web moden dengan senang hati akan menggunakan MQTT dan bukannya HTTP jika ia tersedia pada masa pembangunannya.

Contoh yang baik ialah menghantar maklumat kepada berbilang pelanggan, seperti ketibaan dan perlepasan kereta api/bas/kapal terbang. Dalam senario ini, protokol satu-sama-satu seperti HTTP mempunyai banyak overhed dan meletakkan banyak beban pada pelayan web. Menskala pelayan web ini boleh menjadi sukar. Dengan MQTT, pelanggan menyambung kepada broker, yang boleh ditambah dengan mudah untuk pengimbangan beban. Tonton video tutorial mengenainya Terbitkan semula Data HTML Melalui MQTT (Contoh Ketibaan Penerbangan) dan artikel MQTT lwn HTTP untuk IOT.

Protokol pemesejan lain

HTTP tidak direka untuk aplikasi IoT, tetapi seperti yang dinyatakan, ia akan digunakan secara meluas untuk beberapa waktu kerana penggunaannya yang meluas dalam API.

Hampir semua platform IoT menyokong HTTP dan MQTT.

Walau bagaimanapun, terdapat protokol lain yang patut dipertimbangkan.

Protokol

• MQTT - (Mesej Beratur Pengangkutan Telemetri). Menggunakan TCP/IP. Model publish-subscribe memerlukan broker mesej.

• AMQP - (Protokol Beratur Mesej Lanjutan). Menggunakan TCP/IP. Model Penerbit-Pelanggan dan Titik-ke-Titik.

• PASANG - (Protokol Aplikasi Terkekang). Menggunakan UDP. Direka khusus untuk IoT, menggunakan model permintaan-tindak balas seperti dalam HTTP. RFC 7252.

• DDS - (Perkhidmatan Pengedaran Data) 

Di dalam ini artikel protokol utama dan aplikasinya dipertimbangkan. Kesimpulan artikel ini ialah IoT akan menggunakan satu set protokol, bergantung pada penggunaan yang dimaksudkan.

Walau bagaimanapun, apabila dilihat semula, pada tahun-tahun awal Internet, protokol HTTP yang akan menjadi dominan hanyalah salah satu daripada banyak protokol.

Walaupun HTTP pada asalnya tidak dicipta untuk pemindahan fail dan e-mel, hari ini ia digunakan untuk kedua-duanya.

Saya menjangkakan perkara yang sama akan berlaku dengan protokol pemesejan dalam IoT: kebanyakan perkhidmatan akan menggunakan satu protokol utama.

Di bawah ialah carta Google Trends yang menunjukkan bagaimana populariti MQTT, COAP dan AMQP telah berubah sejak beberapa tahun lalu.

Gambaran Keseluruhan Google Trends 

Sokongan protokol mengikut platform

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP dan HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT melalui soket web

• IBM Bluemix - MQTT,HTTPS,MQTT

• Thingworx — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Ringkasan

Kebanyakan semua perubahan adalah pada saluran (tahap 1 dan 2) dan tahap aplikasi (tahap 4).

Lapisan rangkaian dan pengangkutan berkemungkinan kekal tidak berubah.

Pada lapisan aplikasi, komponen IoT akan menggunakan protokol pemesejan. Walaupun kita masih di peringkat awal dalam pembangunan IoT, kemungkinan satu atau mungkin dua protokol pemesejan akan menonjol.

Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, MQTT telah menjadi yang paling popular, dan di atasnya saya kini memfokuskan pada tapak ini.

HTTP juga akan terus digunakan kerana ia telah dibina dengan baik ke dalam platform IoT sedia ada.

Itu sahaja. Kami menjemput anda untuk mendaftar untuk pelajaran demo percuma mengenai topik tersebut "Chatbot untuk arahan pantas kepada peranti".

Baca lebih lanjut:

• Mengapa sistem IoT pengguna yang tidak selamat kini menjadi masalah perniagaan yang besar

Sumber: www.habr.com