Баррасии протоколҳои шабакавӣ ва паёмнависӣ барои IoT

Салом, хабровиён! Аввалин курси онлайни таҳиягари IoT дар Русия дар OTUS дар моҳи октябр оғоз меёбад. Дохилшавӣ ба курс ҳоло кушода аст, бинобар ин мо мубодилаи маводи муфидро бо шумо идома медиҳем.

Интернети ашё (IoT, Internet of Things) дар болои инфрасохтори мавҷудаи шабакавӣ, технологияҳо ва протоколҳое, ки ҳоло дар хонаҳо/офисҳо ва Интернет истифода мешаванд, сохта мешавад ва чизҳои бештарро пешкаш мекунад.

Ҳадафи ин дастур пешниҳоди шарҳи мухтасари протоколҳои шабакавӣ ва барномавӣ барои IoT мебошад.

Шарҳ. Шумо бояд дониш дошта бошед асосҳои технологияҳои шабакавӣ.

Шабакаҳои IoT

IoT дар шабакаҳои мавҷудаи TCP/IP кор хоҳад кард.

TCP/IP модели чаҳорқабатаро бо протоколҳои мушаххас дар ҳар як қабат истифода мебарад. См. фаҳмидани модели қабати TCP/IP 4 (мо модели чорқабати TCP / IP-ро мефаҳмем).

Диаграммаи дар поён овардашуда муқоисаи протоколҳои дар айни замон истифодашаванда ва эҳтимолан барои IoT истифодашавандаро нишон медиҳад.

Эзоҳҳои диаграмма:

1. Андозаи шрифт маъруфияти протоколро нишон медиҳад. Масалан, дар тарафи чап, IPv4 калонтар аст, зеро он дар Интернети муосир хеле маъмул аст. Аммо, он дар тарафи рост хурдтар аст, зеро интизор меравад, ки IPv6 дар IoT маъмултар бошад.

2. На ҳама протоколҳо нишон дода шудаанд.

3. Аксарияти тағйирот дар канал (сатҳи 1 ва 2) ва сатҳҳои барномавӣ (сатҳи 4) мебошанд.

4. Эҳтимол аст, ки қабатҳои шабака ва нақлиёт бетағйир боқӣ монанд.

Протоколҳои қабати пайванд

Дар сатҳи пайванди додаҳо (Data Link), шумо бояд дастгоҳҳоро ба ҳамдигар пайваст кунед. Онҳо метавонанд ҳам наздик бошанд, масалан, дар шабакаҳои маҳаллӣ (шабакаҳои маҳаллӣ) ва дар масофаи хеле аз ҳамдигар: дар шаҳрӣ (шабакаҳои метрополитен) ва шабакаҳои глобалӣ (шабакаҳои васеъ).

Дар айни замон, дар ин сатҳ, шабакаҳои хонагӣ ва офисӣ (LAN) Ethernet ва Wi-Fi ва мобилӣ (WANs) аз 3G / 4G истифода мебаранд. Аммо, бисёре аз дастгоҳҳои IoT қувваи кам доранд, ба монанди сенсорҳо ва танҳо аз батареяҳо кор мекунанд. Дар ин ҳолатҳо, Ethernet мувофиқ нест, аммо Wi-Fi-и камқувват ва Bluetooth-и камқувватро метавон истифода бурд.

Дар ҳоле ки технологияҳои мавҷудаи бесими (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) барои пайваст кардани ин дастгоҳҳо идома хоҳанд дод, инчунин бояд ба технологияҳои наве, ки махсус барои замимаҳои IoT тарҳрезӣ шудаанд, ки эҳтимолан маъруфияташон афзоиш ёбад, дидан лозим аст.

Дар байни онҳо:

• BLE - Энергияи пасти Bluetooth

• LoRaWAN - WAN дарозмуддат

• SigFox

• LTE-M

Онҳо ба таври муфассал дар мақола тавсиф шудаанд. Шарҳи технологияҳои бесими IOT (шарҳи технологияҳои бесими IoT).

қабати шабака

Дар қабати шабака (Networking), протокол дар дарозмуддат бартарӣ хоҳад дошт IPv6. Гумон аст, ки IPv4 истифода шавад, аммо он метавонад дар марҳилаҳои аввал нақш бозад. Аксари дастгоҳҳои IoT хонагӣ, ба монанди лампаҳои интеллектуалӣ, дар айни замон IPv4-ро истифода мебаранд.

қабати нақлиёт 

Дар қабати нақлиёт (Нақлиёт) дар Интернет ва веб TCP ҳукмфармост. Он ҳам дар HTTP ва ҳам дар бисёр дигар протоколҳои маъмули интернетӣ (SMTP, POP3, IMAP4 ва ғайра) истифода мешавад.

MQTT, ки ман интизорам, ки яке аз протоколҳои асосии қабати барномавӣ барои паёмнависӣ шавад, айни замон TCP-ро истифода мебарад.

Аммо, дар оянда, аз сабаби кам будани хароҷот, ман интизорам, ки UDP барои IoT маъмултар мешавад. Эҳтимол бештар паҳн шудааст MQTT-SN, аз болои UDP мегузарад. Ба мақолаи муқоиса нигаред TCP против UDP .

Қабати барнома ва протоколҳои паёмнависӣ

Хусусиятҳои муҳим барои протоколҳои IoT:

• Суръат - миқдори маълумоте, ки дар як сония интиқол дода мешавад.

• Нигоҳдорӣ вақти фиристодани паём аст.

• Истеъмоли қувваи барқ.

• Амният.

• Мавҷудияти нармафзор.

Дар айни замон ду протоколи асосӣ дар ин сатҳ фаъолона истифода мешаванд: HTTP ва MQTT.

HTTP эҳтимолан маъруфтарин протоколи ин сатҳ дар веб (WWW) аст. Он барои IoT муҳим боқӣ мемонад, зеро он барои REST API - механизми асосии ҳамкории байни замимаҳои веб ва хидматҳо истифода мешавад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби хароҷоти зиёд, HTTP гумон аст, ки протоколи асосии IoT шавад, гарчанде ки он ҳанӯз ҳам дар Интернет васеъ истифода мешавад.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) бо сабаби сабукӣ ва осонии истифода ба протоколи асосии паёмнависӣ дар IoT табдил ёфтааст. Ба мақола нигаред Муқаддима ба MQTT барои шурӯъкунандагон (Муқаддима ба MQTT барои шурӯъкунандагон).

Муқоисаи HTTP ва MQTT барои IoT

MQTT зуд ба стандарти воқеии барномаҳои IoT табдил меёбад. Ин ба сабукӣ ва суръати он дар муқоиса бо HTTP ва он аст, ки он протоколи як ба бисёр аст, на як ба як (HTTP).

Бисёре аз веб замимаҳои муосир ба ҷои HTTP, агар он дар замони таҳияи онҳо дастрас бошад, бо камоли мамнуният MQTT-ро истифода мебурданд.

Мисоли хуб ин фиристодани маълумот ба муштариёни сершумор, ба монанди омадан ва рафтани қатораҳо / автобусҳо / ҳавопаймоҳо мебошад. Дар ин сенария, протоколи як ба як ба монанди HTTP дорои хароҷоти зиёд аст ва ба серверҳои веб бори зиёд мегузорад. Миқёси ин серверҳои веб метавонад душвор бошад. Бо MQTT, мизоҷон ба брокер пайваст мешаванд, ки онро барои мувозинати сарборӣ ба осонӣ илова кардан мумкин аст. Дар бораи он дастури видеоиро тамошо кунед Интишори маълумоти HTML тавассути MQTT (Мисоли омадани парвоз) ва мақола MQTT против HTTP барои IOT.

Дигар протоколҳои паёмнависӣ

HTTP барои замимаҳои IoT тарҳрезӣ нашуда буд, аммо тавре зикр гардид, аз сабаби истифодаи васеъи он дар API.

Қариб ҳамаи платформаҳои IoT ҳам HTTP ва ҳам MQTT-ро дастгирӣ мекунанд.

Бо вуҷуди ин, протоколҳои дигаре ҳастанд, ки бояд баррасӣ шаванд.

Протоколҳо

• MQTT - (Наклиёти телеметрии навбатдор). TCP/IP-ро истифода мебарад. Модели нашр-обуна брокери паёмро талаб мекунад.

• AMQP - (Протоколи пешрафтаи навбатдории паёмҳо). TCP/IP-ро истифода мебарад. Моделҳои ношир-муштарӣ ва нуқта ба нуқта.

• COAP - (Протоколи дархости маҳдуд). UDP-ро истифода мебарад. Махсусан барои IoT тарҳрезӣ шудааст, модели дархост-ҷавобро ҳамчун HTTP истифода мебарад. RFC 7252.

• DDS - (Хадамоти паҳнкунии маълумот) 

Дар ин мақола протоколхои асосй ва аризахои онхо дида баромада мешаванд. Хулосаи ин мақола аз он иборат аст, ки IoT вобаста ба истифодаи мақсадноки онҳо маҷмӯи протоколҳоро истифода хоҳад кард.

Аммо, ба ақида, дар солҳои аввали Интернет, протоколи HTTP, ки бартарӣ хоҳад дошт, танҳо яке аз бисёр протоколҳо буд.

Гарчанде ки HTTP дар ибтидо барои интиқоли файл ва почтаи электронӣ таҳия нашуда буд, имрӯз он барои ҳарду истифода мешавад.

Ман интизорам, ки ҳамин чиз бо протоколҳои паёмнависӣ дар IoT рух диҳад: аксари хидматҳо як протоколи бартаридоштаро истифода мебаранд.

Дар зер диаграммаҳои Google Trends нишон медиҳанд, ки чӣ гуна маъруфияти MQTT, COAP ва AMQP дар тӯли чанд соли охир тағйир ёфтааст.

Шарҳи Google Trends 

Дастгирии протокол тавассути платформа

• Microsoft Azure - MQTT, AMQP, HTTP ва HTTPS

• AWS - MQTT, HTTPS, MQTT тавассути вебсокетҳо

• IBM Bluemix - MQTT, HTTPS, MQTT

• Thingworx — MQTT, HTTPS, MQTT, AMQP

Натиҷа

Аксарияти тағйирот дар канал (сатҳи 1 ва 2) ва сатҳҳои барномавӣ (сатҳи 4) мебошанд.

Эҳтимол аст, ки қабатҳои шабака ва нақлиёт бетағйир боқӣ монанд.

Дар қабати барнома, ҷузъҳои IoT протоколҳои паёмнависиро истифода мебаранд. Дар ҳоле ки мо ҳанӯз дар марҳилаи аввали рушди IoT ҳастем, эҳтимол дорад, ки як ё ду протоколи паёмнависӣ фарқ кунанд.

Дар тӯли чанд соли охир, MQTT маъмултарин гардид ва ман ҳоло ба ин сайт тамаркуз мекунам.

HTTP низ истифода мешавад, зеро он аллакай дар платформаҳои мавҷудаи IoT хуб сохта шудааст.

Ҳамааш ҳамин. Мо шуморо даъват менамоем, ки барои дарси намоишии ройгон дар мавзӯъ обуна шавед "Чатбот барои фармонҳои зуд ба дастгоҳ".

Бештар:

• Чаро системаҳои бехатарии IoT истеъмолкунандагон ҳоло як мушкилоти бузурги тиҷоратӣ мебошанд

Манбаъ: will.com