În Internetul obiectelor (IoT), schimbul de date între senzori, dispozitive, gateway-uri, servere și aplicații de utilizator este activat de protocoale de rețea precum WiFi, Bluetooth, ZigBee și multe altele. Cerințele aplicației finale în ceea ce privește raza de acțiune, datele, securitatea, alimentarea și durata de viață a bateriei dictează alegerea protocolului de rețea. Acest articol explorează câteva dintre aceste tehnologii și protocoale de comunicare.

Ecosistemul IoT

Un ecosistem IoT constă de obicei din noduri, date, conectivitate și stratul aplicațiilor. Stratul nodurilor este o coaliție de dispozitive inteligente, cum ar fi microcontrolere, microprocesoare, senzori, dispozitive de acționare, conectivitate și gateway-uri care interacționează cu o rețea.

Stratul datelor se referă la datele colectate, prelucrate, trimise, stocate, analizate, prezentate și utilizate în contexte de afaceri. Stratul aplicațiilor sau utilizatorilor este componenta care le permite oamenilor să interacționeze cu dispozitivele IoT. Vom discuta despre stratul conectivității, care cuprinde protocoale de comunicare și IoT. Pentru mai multe informații despre produsele IoT, faceți clic aici.

Rețea de protocol într-un ecosistem IoT
Figura 1: Rețea de protocol într-un ecosistem IoT

Tipuri de protocoale IoT

Natura inerentă adaptabilă și fiabilă a Protocolului Internet (IP) face din acesta un mediu acceptabil pentru transmiterea procedurală între modulele IoT. Arhitectura sistemului (prin care trebuie să treacă datele) determină tipul de protocol IoT. Modelul Interconectare sisteme deschise (Open Systems Interconnection - OSI) oferă o hartă a diferitelor straturi care trimit și acceptă date. Fiecare protocol din arhitectura sistemului IoT permite comunicarea dispozitiv-la-dispozitiv, dispozitiv-la-gateway, gateway-la-centru de date, gateway-la-cloud și comunicarea între centre de date. Figura 2 prezintă stiva de protocol IoT.

Stiva de protocol IoT
Figura 2: Stiva de protocol IoT

Câteva protocoale IoT esențiale utilizate în diferitele straturi ale rețelei IoT sunt după cum urmează:

Protocol avansat de așteptare a mesajelor (Advanced Message Queuing Protocol - AMQP)

AMQP este un protocol pentru stratul aplicațiilor (software) care oferă rute și cozi pentru un mediu middleware orientat către mesaje. Acesta este utilizat pentru conexiuni punct-la-punct fiabile și acceptă un schimb de date lipsit de probleme și sigur între dispozitive și cloud. AMQP are trei componente distincte, și anume Exchange (Schimb), Message Queue (Coadă de mesaje) și Binding (Legare). Acestea trei asigură un schimb reușit de încredere și stocarea mesajelor. De asemenea, ele denotă relația dintre două mesaje. Pentru mai multe informații despre AMQP, faceți clic aici.

Protocol de aplicație constrânsă (Constrained Application Protocol - CoAP)

CoAP este un protocol de rețea constrânsă și de lățime de bandă constrânsă pentru gadgeturi limitate. Acest protocol îi permite clientului să trimită serverului o solicitare, iar serverul trimite un răspuns în HTTP clientului. Utilizează Protocolul Datagramelor Utilizator (User Datagram Protocol - UDP) pentru implementare ușoară și minimizează utilizarea spațiului. Protocolul utilizează formatul de date binare EXL. Protocolul CoAP este utilizat în principal în automatizare, microcontrolere și telefoane mobile. Protocolul trimite o solicitare către punctul final al aplicației de acasă și returnează răspunsul aplicației către servicii și resurse. Pentru a afla mai multe despre CoAP, faceți clic aici.

Serviciul de distribuție a datelor (Data Distribution Service - DDS)

DDS este un protocol flexibil de comunicare peer-to-peer. Acesta face totul, de la rularea unor dispozitive mici până la conectarea rețelelor de înaltă performanță. DDS eficientizează implementarea, mărește fiabilitatea și minimizează complexitatea.

Transport de telemetrie în așteptarea mesajelor (Message Queue Telemetry Transport - MQTT)

MQTT, cunoscut și ca protocol de abonare/publicare, este un protocol de mesagerie ușor, dar și cel mai preferabil pentru dispozitivele IoT. Acesta colectează date de la diferite dispozitive și supraveghează dispozitivele aflate la distanță. Rulează peste Protocolul de control al transmisiei (Transmission Control Protocol - TCP) și acceptă schimbul de mesaje bazat pe evenimente prin rețele fără fir. MQTT este utilizat în principal la dispozitive care necesită mai puțină memorie de putere, de exemplu, senzori din interiorul mașinilor și ceasuri inteligente. Pentru a afla mai multe despre MQTT, faceți clic aici.

Protocol de comunicare mașină-mașină (M2M)

Se referă la un protocol industrial deschis. M2M este creat pentru a gestiona dispozitivele IoT de la distanță. Aceste protocoale eficiente din punctul de vedere al costurilor utilizează rețele publice. M2M creează un mediu în care două mașini comunică și schimbă reciproc date. Un astfel de protocol consolidează mașinile pentru a se auto-monitoriza și permite sistemelor să se adapteze în funcție de mediul înconjurător. Este utilizat în principal la case inteligente, vehicule și bancomate. Pentru a afla mai multe despre comunicarea M2M, faceți clic aici.

Protocol extensibil de mesagerie și prezență (Extensible Messaging and Presence Protocol - XMPP)

XMPP are un design unic. A fost dezvoltat utilizând limbajul XML deschis (Extensible Markup Language - limbaj de balizare extensibil). Acesta utilizează un mecanism push pentru a schimba mesaje sincrone. Protocolul XMPP flexibil se poate adapta perfect la orice schimbare. XMPP funcționează ca indicator de prezență. Afișează starea disponibilității serverelor.

În afară de WhatsApp, Google Talk și alte aplicații de mesagerie instantanee, XMPP este, de asemenea, util în jocurile online, Voice over Internet Protocol (VoIP) și site-urile de știri. Pentru a afla mai multe despre XMPP, faceți clic aici.

Bluetooth

Bluetooth este utilizat pe scară largă pentru comunicarea pe distanțe scurte și este un protocol IoT standard pentru transmisia de date fără fir. Versiunea sa cu consum redus de energie este Bluetooth Low Energy (BLE). Cea mai recentă versiune, BLE 5.0, acceptă aplicații cu rată de transfer a datelor redusă și o rază extinsă de până la 150 de metri. Funcții precum balizarea și serviciile de localizare au ajutat la implementarea acestuia într-o gamă largă de aplicații de fitness și auto. Poate susține topologia stea. Cele mai recente versiuni acceptă topologia mesh, extinzând rețeaua cu ajutorul rețelelor de dispozitive multe-către-multe, potrivite pentru aplicații de automatizare a casei.

Zigbee

ZigBee folosește stratul fizic standard și stratul de legătură IEEE 802.15.4, care funcționează la banda ISM 2,4 GHz și oferă o rază de până la 300 de picioare. Acceptă topologia mesh. Prin urmare, rețeaua poate fi întinsă pe o distanță mai mare folosind operații multi-hop. Protocolul este foarte interoperabil și include biblioteci de modele de date standard, proceduri de securitate și de gestionare a rețelelor. ZigBee prezintă un consum redus de energie, descoperirea nodurilor, detectarea duplicată a pachetelor, descoperirea rutelor, mod de repaus și fiabilitate. Este utilizat pe scară largă în casele inteligente și aplicațiile de automatizare a clădirilor.

Z-Wave

Z-Wave este o tehnologie wireless cu consum redus concepută pentru aplicațiile IoT de automatizare rezidențială. Oferă comunicarea fiabilă și cu latență redusă a pachetelor de date mici, cu rate de date de până la 100 kbit/s. Acceptă topologia mesh cu maximum 232 de noduri într-o singură rețea. Funcționează la 868 MHz pentru regiunea Europei și la 915 MHz pentru America de Nord și Australia, oferind o rată de date de 100 Kbps. Pentru a afla mai multe despre Z-Wave, faceți clic aici.

6LowPAN

Rețeaua de zonă personală wireless de mică putere Ipv6 (IPv6 Low-power Wireless Personal Area Network) (6LowPAN) este o tehnologie bazată pe Protocolul Internet. Este un protocol de rețea care definește mecanismele de încapsulare și compresie a antetelor. Are libertatea benzii de frecvență și a stratului fizic și poate fi, de asemenea, utilizat pe mai multe platforme de comunicații, inclusiv Ethernet, WiFi, 802.15.4 și ISM sub-1GHz. Este conceput pentru a expedia pachete IPv6 prin rețelele bazate pe IEEE802.15.4 și pentru a implementa multe standarde IP deschise, inclusiv TCP, socketuri web, UDP, HTTP, COAP și MQTT. Standardul oferă noduri adresabile complete, permițând unui router să conecteze rețeaua la IP. 6LowPAN este o rețea mesh robustă, scalabilă și autoreglantă.

Thread

Thread, bazat pe diverse standarde, inclusiv IEEE802.15.4, IPv6 și 6LoWPAN, este un nou protocol de rețea IPv6 bazat pe IP orientat către mediul automatizării rezidențiale. Acesta completează în principal rețeaua WiFi și oferă o soluție rezistentă bazată pe IP pentru IoT. Thread consolidează o rețea mesh utilizând transmițătoare radio IEEE802.15.4. Gestionează până la 250 de noduri cu niveluri ridicate de autentificare și criptare.

WiFi

WiFi este un protocol de comunicare fără fir. WiFi utilizează topologia de rețea de tip stea, iar punctul de acces poate fi folosit ca o poartă de acces la internet. Fiecare punct de acces se poate conecta la maximum 250 de dispozitive, iar cele mai multe soluții disponibile în comerț acceptă până la 50 de dispozitive. 802.11-b/g/n funcționează pe 2,4 GHZ și oferă o rată de date de 150-200 Mbps în mediul de acasă sau de la birou, de obicei pe o rază de acțiune de 50 de metri. Cel mai recent standard 802.11-ac funcționează pe 5 GHz și oferă o rată de date de 500 Mbps-1 Gbps.

Celular

Numeroase aplicații IoT utilizează rețele celulare existente, cum ar fi 3G, 4G LTE și 5G, pentru comunicarea datelor. 3G utilizează 2.100 MHz și oferă o rată de date de 384 Kbps-10 Mbps, iar 4G LTE oferă o rată de date ridicată de 3 Mbps-10 Mbps, la 2.700 MHz. Acestea nu sunt adecvate pentru majoritatea aplicațiilor IoT, din cauza consumului ridicat de energie și a costurilor de implementare mari. Cat-M1 și NB-IOT au fost introduse în Proiectul de parteneriat de generația a treia (3rd Generation Partnership Project - 3GPP) pentru adoptare în rețelele 4G LTE existente pentru comunicații IoT și M2M. 5G, cu o capacitate mai mare decât orice rețea 4G, este în curs de dezvoltare pentru a crește numărul utilizatorilor de bandă largă mobilă și a susține comunicarea între dispozitive. Pentru a face acest lucru, se aplică diferite tehnici în cazul 5G, cum ar fi comunicații masive cu intrări și ieșiri multiple (MIMO), comunicarea full-duplex, rețelele eterogene (HetNet), unda milimetrică (mmWave) și segmentarea rețelelor. Toate serviciile rețelei 5G pot fi clasificate în trei categorii diferite conform Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor (UIT): bandă largă mobilă îmbunătățită (eMBB), comunicații masive de tip mașină (mMTC) și comunicații ultra-fiabile și cu latență scăzută (uRLLC).

NFC

Near Field Communication (NFC) este un protocol de comunicație radio cu rază scurtă de acțiune. Utilizează standardul ISO/IEC 18000-3 și banda de frecvență ISM de 13,56 MHz. Oferă o rată de date de 100-420 Kbps și o rază de acțiune de până la 20 cm. Unele dispozitive NFC pot citi (conform ISO 15693) etichete RFID pasive de înaltă frecvență, ceea ce funcționează și pe 13,56 MHz. NFC asigură o comunicare full-duplex în raza de detecție de la substraturi metalice și nemetalice. Este utilizat pentru plăți contactless, sincronizare rapidă și aplicații de acces la conținut digital.

Sigfox

Sigfox este un furnizor de rețele privat similar furnizorilor de servicii de telefonie sau celulare, axat pe deservirea clienților în IoT. Utilizează benzi ISM sub-GHz (868 până la 869 MHz sau 902 până la 928 MHz) și acceptă o rază lungă de acțiune (până la 50 km) folosind topologia stea. Deși comunicarea Sigfox este bidirecțională, sarcina utilă de la stația de bază la nod este slabă. Se utilizează pentru teledetecție, unde cantități mici de date trebuie transmise sporadic cu cerințe ridicate privind durata de viață a bateriei. Pentru a afla mai multe despre Sigfox, faceți clic aici.

LoRaWAN

LoRaWAN este un protocol de comunicație WAN fără fir cu consum redus de energie, în gama de frecvențe sub-GHz (433/868/915 MHz). Are o rată de date specifică de 0,3-50 Kbps și poate acoperi o rază de acțiune de până la 15 km. Distanța mai mare se realizează prin scăderea dinamică a ratelor de date. Este conceput pentru a oferi comunicații cu consum redus, cu costuri reduse, sigure și full-duplex pentru aplicații IoT, M2M, Smart City și industriale. Pentru a afla mai multe despre LoRaWan, faceți clic aici.

Fiți mereu informați


Fiți la curent cu cele mai recente informații și oferte exclusive!

Abonați-vă acum

Politica privind protecția datelor și confidențialitatea

Vă mulțumim că v-ați abonat

Excelent! Acum faceți parte dintr-un grup de elită care primește cele mai recente informații despre produse, tehnologii și aplicații direct în căsuța de e-mail.