🥇Përmbledhje e protokolleve të rrjetit dhe protokolleve të shkëmbimit të mesazheve për IoT

Përshëndetje, habrovçanë! Kursi online IoT zhvilluesi, i pari në Rusi fillon në OTUS që në tetor. Tani është hapur regjistrimi për kursin, ndaj po vazhdojmë t'ju ndajmë materialet e dobishme.

Internet of Things (IoT) do të ndërtohet mbi infrastrukturën ekzistuese të rrjetit, teknologjitë dhe protokollet që përdoren aktualisht në shtëpi/zyra dhe në internet, dhe do të ofrojë shumë më tepër.

Qëllimi i këtij udhëzuesi është të ofrojë një përmbledhje të shkurtër të protokolleve rrjetërore dhe aplikative për IoT.

Shënim. Duhet të keni njohuri të bazave të teknologjive të rrjetit.

Rrjetet IoT

IoT do të funksionojë në rrjetet ekzistuese TCP/IP.

TCP/IP përdor një model me katër nivele me protokolle të caktuara në secilin nivel. Shihni kuptimi i modelit 4-layer të TCP/IP (duke u marrë me modelin 4-layer të TCP/IP).

Në diagramin e mëposhtëm, shikohet krahasimi i protokolleve që aktualisht përdoren dhe atyre që shumë mund të përdoren për IoT.

Shënime për diagramin:

Madhësia e shkronjës tregon nivelin e popullaritetit të protokollit. Për shembull, majtas IPv4 është më i madh, pasi është shumë më popullor në internetin modern. Megjithatë, djathtas ai është më i vogël, pasi pritet që IPv6 të jetë më popullor në IoT.
Nuk janë shfaqur të gjithë protokollet.
Më shumë ndryshime do të ndodhin në nivelin e kanalit (nivelet 1 dhe 2) dhe në nivelin aplikativ (niveli 4).
Nivelet e rrjetit dhe transportit, most likely, do të mbeten të pandryshuar.

Protokollet e nivelit të kanalit

Në nivelin e kanalit (Data Link), duhet të lidhni pajisjet me njëra-tjetrën. Ato mund të jenë afër, për shembull, në rrjete lokale (local networks) ose në distanca të mëdha: në rrjete metropolitane (metropolitan area networks) dhe rrjete globale (wide area networks).

Aktualisht në këtë nivel, në rrjetet e shtëpisë dhe zyrës (LAN) përdoren Ethernet dhe Wi-Fi, ndërsa në rrjetet mobile (WAN) - 3G / 4G. Megjithatë, shumë pajisje IoT janë me energji të ulët, për shembull, sensorët, dhe funksionojnë vetëm nga bateria. Në këto raste, Ethernet nuk është i përshtatshëm, por mund të përdoren Wi-Fi dhe Bluetooth me fuqi të ulët.

Edhe pse për lidhjen e këtyre pajisjeve do të vazhdojnë të përdoren teknologjitë ekzistuese pa tel (Wi-Fi, Bluetooth, 3G / 4G), gjithashtu është e rëndësishme të fokusohemi në teknologjitë e reja, të dizajnuara veçanërisht për aplikacionet IoT, që pritet të rriten në popullaritet.

Mes tyre:

BLE – Bluetooth Low Energy
LoRaWAN – Long Range WAN
SigFox
LTE-M

Më shumë detaje janë përshkruar në artikull Një përmbledhje e teknologjive wireless të IOT (përmbledhje e teknologjive wireless IoT).

Niveli i rrjetit

Në nivelin e rrjetit (Networking) në afat të gjatë do të dominosh protokolli IPv6. Është shumë e pamundur që të përdoret IPv4, por ai mund të luajë një rol të caktuar në fazat fillestare. Shumica e pajisjeve IoT për shtëpi, për shembull, llambat inteligjente, aktualisht përdorin IPv4.

Niveli i transportit

Në nivelin e transportit (Transport) në internet dhe në web dominon TCP. Ai përdoret si në HTTP, ashtu edhe në shumë protokolle të tjera të njohura të internetit (SMTP, POP3, IMAP4 etj.).

MQTT, i cili, siç pres, do të bëhet një nga protokollet kryesore të nivelit të aplikacionit për komunikim, aktualisht përdor TCP.

Megjithatë, në të ardhmen për shkak të kostove më të ulta, pres që UDP të bëhet më i popullarizuar për IoT. Mendoj se do të përhapet më shumë MQTT-SN, që funksionon mbi UDP. Shih artikullin për krahasimin TCP vs UDP .

Niveli i aplikacionit dhe protokollet e komunikimit

Karakteristikat e rëndësishme për protokollet e IoT:

Shpejtësia - sasia e të dhënave të transmetuara për sekondë.
Vonesa - koha e nevojshme për të dërguar një mesazh.
Përdorimi i energjisë.
Siguria.
Disponueshmëria e mjeteve softuerike.

Aktualisht, në këtë nivel përdoren dy protokolle kryesore: HTTP dhe MQTT.

HTTP, ndoshta protokolli më i njohur i këtij niveli, është në thelb të web-it (WWW). Ai do të ketë ende një rëndësi të madhe për IoT, pasi përdoret për REST API - mekanizmi kryesor i ndërveprimit mes aplikacioneve dhe shërbimeve web. Megjithatë, për shkak të kostove të larta, HTTP me shumë mundësi nuk do të bëhet protokolli kryesor i IoT, megjithatë do të përdoret gjerësisht në internet.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) është bërë protokolli kryesor i komunikimit në IoT, falë lehtësisë dhe thjeshtësisë së tij në përdorim. Shih artikullin Introduction to MQTT for beginners (Introduksioni në MQTT për fillestarët).

Krahasimi i HTTP dhe MQTT për IoT

MQTT po shpejtë po bëhet standardi de-fakto për aplikacionet IoT. Kjo ndodh për shkak të lehtësisë dhe shpejtësisë së tij në krahasim me HTTP dhe sepse është një protokoll «një në shumë», e jo «një në një» (HTTP).

Shumë aplikacione moderne web, do të gëzoheshin për të përdorur MQTT në vend të HTTP, nëse do të ishte në dispozicion në momentin e zhvillimit të tyre.

Një shembull i mirë është dërgimi i informacionit tek shumë klientë, për shembull, për mbërritjen dhe nisjen e trenave / autobusëve / avionëve. Në këtë skenar, protokolli «një në një», si HTTP, ka kosto të mëdha mbajtëse dhe krijon ngarkesë të madhe në serverët web. Shkallëzimi i këtyre serverëve web mund të jetë i vështirë. Me MQTT, klientët lidhen me brokerin, të cilët mund të shtohen lehtësisht për balancimin e ngarkesës. Shikoni këtë tutorial me video. Ribotoni të dhënat HTML përmes MQTT (Shembulli i Mbërritjeve të Fluturimeve) dhe artikulli MQTT vs HTTP për IoT.

Protokolle të tjera të shkëmbimit të mesazheve

HTTP nuk ishte krijuar për aplikacionet IoT, por, siç u përmend më parë, do të përdoret gjerësisht për një periudhë kohore për shkak të përdorimit të tij të gjerë në API.

Gati të gjitha platformat IoT mbështesin si HTTP ashtu edhe MQTT.

Megjithatë, ekzistojnë edhe protokolle të tjera që meritojnë të shqyrtohen.

Protokollet

MQTT — (Message Queuing Telemetry Transport). Përdor TCP/IP. Për modelin «botues-ndjekës» kërkohet një broker mesazhi.
AMQP — (Advanced Message Queuing Protocol). Përdor TCP/IP. Modelet «botues-ndjekës» dhe «pikë në pikë».
COAP — (Constrained Application Protocol). Përdor UDP. E projektuar posaçërisht për IoT, përdor modelin kërkesë-përgjigje si në HTTP. RFC 7252.
DDS — (Data Distribution Service)

Në këtë artikulli ynë shikohen protokollet kryesore dhe aplikimet e tyre. Përfundimi i këtij artikulli është se IoT do të përdorë një grup protokollesh, në varësi të aplikacionit të tyre të pritur.

Megjithatë, nëse shikojmë prapa, në vitet e para të ekzistencës së Internetit, protokolli HTTP, që më vonë u bë dominues, ishte vetëm një nga shumë protokollë.

Pavarësisht që HTTP nuk ishte menduar fillimisht për dërgimin e skedarëve dhe email-it, sot përdoret edhe për këto.

Pritem që në IoT të ndodhi e njëjta gjë me protokollet e shkëmbimit të mesazheve: shumica e shërbimeve do të përdorin një protokoll dominues.

Më poshtë janë grafikat e Google Trends që tregojnë se si ka ndryshuar popullariteti i MQTT, COAP dhe AMQP për vitet e fundit.

Përmbledhje e Google Trends

Mbështetje për protokollet sipas platformave

Microsoft Azure — MQTT, AMQP, HTTP dhe HTTPS
AWS — MQTT, HTTPS, MQTT mbi websocket
IBM Bluemix – MQTT, HTTPS, MQTT
Thingworx — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

CV

Më shumë ndryshime do të ndodhin në nivelin e kanalit (nivelet 1 dhe 2) dhe në nivelin aplikativ (niveli 4).

Nivelet e rrjetit dhe transportit, most likely, do të mbeten të pandryshuar.

Në nivelin aplikativ, komponentët e IoT do të përdorin protokolle të komunikimit. Ndërsa ende jemi në fazën e hershme të zhvillimit të IoT, është mjaft e mundur që të dalin një ose ndoshta dy protokolle komunikimi.

Gjatë disa viteve të fundit, MQTT ka bërë emër dhe është pikërisht ai mbi të cilin aktualisht po fokusohem në këtë faqe.

HTTP gjithashtu do të vazhdojë të përdoret, pasi është tashmë mirë i integruar në platformat ekzistuese të IoT.