استاندارد ها و پروتکل ها در اینترنت اشیا

پروتکل های اینترنت اشیا بخشی جدایی ناپذیر از معماری آن هستند بدون پروتکل ها سخت افزار اینترنت اشیا بی فایده تر می شوند زیرا آنها تبادل داده توسط سخت افزار امکان پذیر است.

 

در اینترنت اشیا پروتکل ها به دو دسته تقسیم می شوند

1) ارتباطی : هر شبکه یا بستر ارتباطی در اینترنت اشیا نیاز دارد که پروتکل های خاص خود را برای انتقال داده استفاده کند.

2) داده ای : ما باید داده ها را از بین دستگاه ها و پلتفرم های IOT  انتقال دهیم ، در این دسته ۴ پروتکل MQTT , CoAP ,DDS ,AMQP  وجود دارد.

 

انواع پروتکل و استاندارد های ارتباطی

1) بلوتوث : شناخته ترین سیستم‌ ارتباطی کوتاه برد است که در اینترنت اشیا به کار گرفته می شود.

پروتکل بلوتوثی که اخیرا در بین پروتکل های اینترنت اشیا جایگاه خاصی دارد پروتکل BLE (Bluetooth Low Energy) است.

این پروتکل جدید طیف وسیعی از کاربرد های بلوتوث معمولی را در وسایل یا اشیا با برتری مصرف انرژی پایین تر پشتیبانی می کند.

 

2) Wi-Fi : یک انتخاب مطلوببه دلیل زیر ساخت های آماده و کارامد می باشد.

تنها اشکال این پروتکل IOT این است که برای برخی از برنامه ها انرژی بیش از حدی مصرف می کند ، دامنه پوشش این پروتکل  ۵۰  متر است .

 

3) ZigBee : این پروتکل بیشتر برای کاربرد های صنعتی و کمتر برای مصرف کننده طراحی شده است ، این پروتکل معمولا با فرکانس 2.4 مگاهرتز کار می کند .

 

4) شبکه ها سلولی موبایلی : هزینه ارسال مقدار زیادی داده در این شبکه ها بالا می باشد علاوه بر آن نیاز به انرژی زیادی دارد.

این شبکه ها برای پروژه های مبتنی بر حسگر با پهنای باند کم مناسب است. ( به دلیل آنکه مقدار کمی از داده را ارسال می کند.)

 

5) LoRaWAN : این پروتکل برای شبکه های گسترده استفاده می شود ، کلا برای اتصال میلیون ها دستگاه کم مصرف طراحی شده است ، شهر های هوشمند از این پروتکل استفاده می کنند.

 

6) RFID : تکنیک شناسایی با فرکانس رادیویی که به صورت بی سیم برای شناسایی اشیا به کار می رود.

این استاندارد دارای برد حدود ۱۰ سانتی متر تا ۲۰۰ سانتی متر را پشتیبانی می کند.

مزیت استفاده از این پروتکل این است که به هیچ انرژی نیاز ندارد.

 

7) zwave : امکان ارتباط رادیویی را در اختیار شما قرار می دهد.

از این پروتکل در اتوماسیون های داخلی مانند سنسورها ، کنترل کننده لامپ و … می باشد ( مصارف خانگی )

این فناوری علاوه بر تاخیر کم دارای برتری بیشتری نسبت به فناوری های بی سیم است ، این برتری عملکرد در باند فرکانسی زیر یک گیگا هرتز می باشد ( هر چقدر فرکانس کمتر طول موج بیشتر )

 

8) NB-IOT (Narrow Band ) : پروتکل باند باریک IOT  یک شبکه گسترده کم انرژی که با استفاده از فناوری رادیویی برای اینترنت اشیا استفاده می شود.

این پروتکل طیف وسیعی از دستگاه ها را با استفاده از باند های مخابراتی تلفن همراه فعال سازی می کنند ، تمرکز اصلی NB-IOT روی تعداد زیادی دستگاه با مصرف انرژی کمتر و عمر طولانی تر ماشین می باشد.

کاربرد های این پروتکل

• اندازه گیری هوشمند آب و برق و گاز و…
• سیستم هشدار آتش نشانی
• ردیابی اشیا و اشخاص و حیوانات
• زیر ساخت شهر های هوشمند

 

9) Sigfox : این پروتکل یکی از بهترین فناوری های جایگزین می باشد ( ویژگی های تلفن همراه و WIFI را در خود جای داده است )

این پروتکل برای ارتباط برنامه‌های M2M طراحی شده است.

این پروتکل از ۲ روش uplink و downlink  برای ارسال استفاده می کند.

انتقال و ارسال اطلاعات به ابر توسط uplink و ارسال اطلاعات از ابر به سنسورها  downlink

دستگاه های IOT متصل به اینترنت داده های خود را از طریق شبکه‌ Sigfox به یک‌ Gateway ارسال می کنند وGateway  اطلاعات را به ابر Sigfox می فرستد و در نهایت ابر Sigfox اطلاعات پردازش شده را به Client ها و  Server ها یا ارسال می کنند.

 

انواع پروتکل های داده ای

1) MQTT : این پروتکل بیشتر برای نظارت از راه دور IOT استفاده می شود.

وظیفه اصلی MQTT گرفتن اطلاعات از دستگاه ها و انتقال آن به لایه ارتباطات می باشد ، هر وسیله یا سنسور در این پروتکل اطلاعات خود را به سرور MQTT می دهد  ( Broker )

این پروتکل برای TCP کار می کند ( قابل اطمینان ) همچنین نسبت به بقیه پروتکل ها ارجح‌تر است ، همچنین می توانند عملکرد های مسیریابی اطلاعات را به دستگاه های ارزان قیمت و کم مصرف ارائه دهند.

 

2) COAP : این پروتکل یک رقیبی برای پروتکل MQTT می باشد.

برای پیاده سازی از UDP ( غیر قابل اطمینان ) استفاده می کند که سرعت بالاتر ولی امنیت کمتر دارد ، از لحاظ مصرف باتری پروتکل MQTT  به مصرف تر می باشد.

اگر بخواهیم این پروتکل را با امنیت بیشتری استفاده کنیم می توانیم از رمز نگاری DTLS استفاده کنیم، این پروتکل دقیقا مانند http عمل می کند.

 

نکته : پروتکل COAP و MQTT هر دو در لایه اپلیکیشن قرار دارند.

نکته : برای ارتباط سنسور‌ها و نود های داخل IOT  از COAP استفاده می کنیم.

 

3) DDS (Data Distributed Service) :  پروتکل خدمات توزیع داده ها ، این پروتکل ارتباط واقعی دستگاه ها با کارایی بالا را نشان می دهد یا کمک DDS می‌توانیم داده ها را در بین دستگاه های کم حافظه و هم یا سیستم عامل های مبتنی بر Cloud  انتقال دهیم.

پروتکل DDS شامل دو لایه‌ی مهم است

1) DCPS : با ارائه اطلاعات به مشترکین کار می کند

2) DLRL : کار خود را با ارائه یک رابط کاربری انجام می دهد

 

4) AMQP : این پروتکل برای تبادل پیام ها به صورت صف بندی مورد استفاده قرار می گیرد ، این پروتکل اساسا پیام محور است و پیام‌ها را به صورت ایمیل مبادله می کند.

زنجیر پردازش پروتکل AMQP از ۳ مولفه تشکیل شده است.

1) Exchange : با دریافت پیام و قرار دادن آنها در صف کار می کند.

2) Message Queue : کاربرد آن ذخیره پیام است و اطلاعات را تا زمانی که پیام‌ها با اطمینان از طرف مشتری تنظیم‌ نشود ذخیره می کند.

3) Binding : کار این مولفه بیان ارتباط بین دو قسمت دیگر است.