پروتکل IoT چیست؟

پروتکل IoT چیست؟

پروتکل IoT چیست؟

پروتکل IoT چیست؟ در دنیای امروز در هر جایی که صحبت از تکنولوژی می شود، بحث اینترنت اشیاء نیز به میان می آید. اینکه اینترنت اشیا چه ماهیتی دارد؟ چگونه کار ‌می‌کند و چگونه زندگی ما را راحت‌تر می‌کند، موضوعی نیست که بتوان در یک مقاله به‌طور کامل به آن پاسخ داد، زیرا فناوری‌های مرتبط با اینترنت اشیا همچون دانه‌های زنجیری به یکدیگر متصل هستند.

اگر بخواهیم اینترت اشیاء را بصورت فنی تعریف کنیم: اینترنت اشیا سیستمی است که تجهیزات الکترونیکی مختلف که هرکدام یک آی‌پی اختصاصی دارند در بستر اینترنت و بدون نیاز به حضور انسان با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و در عین حال از طریق اپلیکیشن‌های اختصاصی از راه دور قابل کنترل هستند.

 

پروتکل اینترنت اشیا چیست؟

اولین سوالی که ممکن است برای شما پیش بیاید این است که چگونه دستگاه‌ها در اینترنت اشیا با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند؟ ارتباط بین دستگاه‌های هوشمند باید بر مبنای یک رویه استاندارد و مشخص انجام شود که به عنوان پروتکل‌های اینترنت اشیا شناخته ‌می‌شود. به عبارت دقیق‌تر پروتکل مجموعه‌ای از قواعد (rules) و آیین‌نامه‌هایی است که چگونگی پاسخ‌گویی به دستوراتی که توسط دستگاه‌های دیگر صادر می‌شوند را مشخص می‌کند. پروتکل‌ها برای جلوگیری از هرج و مرج و ایجاد یک رویه یکسان جایگاه ویژه‌ای در ارتباطات شبکه‌ای دارند و اهمیت آن‌ها در اینترنت اشیا بیشتر است، زیرا این فناوری گستردگی زیادی دارد.

پروتکل‌های CDMA، WAP و نمونه‌های مشابه، برای اینترنت اشیا مناسب نیستند و به پروتکل‌های پیچیده‌تر و قدرت‌مند‌تری نیاز است، زیرا همان‌گونه که اشاره شد اینترنت اشیا مجموعه‌ای از فناوری‌های مختلف است که هر کدام کاربرد، ویژگی و راه‌های ارتباطی مختص به خود دارند.

 

آشنایی با مهم‌ترین پروتکل‌های اینترنت اشیا

در دنیای فناوری ‌اطلاعات همیشه ایجاد قوانین و استانداردها باید در ابتدای راه توسعه انجام گیرد، زیرا پس از اتمام کار، ناسازگاری بین دستگاه‌ها بوجود می‌آید که خود چالشی جدی است و به‌کارگیری فناوری را به شرایط خاصی محدود می‌کند. تحقیقات در خصوص پروتکل‌های اینترنت اشیا باعث شکل‌گیری پروتکل‌هایی شده که موارد زیر جزء مهم‌ترین‌ها هستند. پروتکل‌هایی که قصد داریم به شکل اجمالی نگاهی به آن‌ها داشته باشیم. 

 

  • MQTT 
  • DDS
  • AMQP
  • CoAP
  • WiFi 
  • Bluetooth
  • ZigBee
  • Z-Wave

پروتکل MQTT

آی‌بی‌ام پروتکلی به‌نام MQTT طراحی کرده که به ارتباط ماشین به ماشین (M2M Communication) معروف است. پروتکلی که به ماشین‌های مختلف اجازه می‌دهد به‌طورخودکار با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.MQTT پروتکل ساده‌ای است که داده‌ها را از حسگرها دریافت و تحویل دستگاه‌های پردازشگر می‌دهد و نتیجه را به سمت شبکه هدایت ‌می‌کند. این پروتکل بر مبنای سه مولفه subscriber، publisher و dealer/broker کار می‌کند. داده‌ها بین دو مولفه subscriber و publisher مبادله  می‌شوند، در حالی که مولفه dealer/broker وظیفه تامین امنیت ارتباط را عهده‌دار است. پروتکل MQTT روی پروتکل TCP/IP کار می‌کند و نمی‌تواند برای تما‌می ‌اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا استفاده شود.

پروتکل AMQP

پروتکل فوق بر مبنای رویکرد صف‌بندی کار می‌کند و مناسب محیط‌های مبتنی بر پیام مناسب است. پروتکل‌های ارتباطی که باید پیام‌ها را به شکل مطمئن و ایمن مبادله کنند از پروتکل AMQP استفاده می‌کنند. به عبارت دیگر، زمانی‌که پیامی ‌مبادله می‌شود باید با ضریب اطمینان خیلی زیاد به مقصد ارسال شود. از طریق AMQP carrier دو مولفه publisher و subscriber ‌می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. پیام‌های publisher در AMQP carrier ذخیره می‌شوند و با توجه به اولویت، صف و خط امنیتی مناسب به سمت subscriber مربوطه هدایت می‌شوند. شکل 2 مولفه‌های این پروتکل را نشان می‌دهد. بخش message queue مسیر پیام‌ها را تا زمانی که برای پردازش با نرم‌افزار کلاینت آماده شوند ذخیره می‌کند. ارتباط بین exchange و message queue از طریق مولفه binding انجام می‌شود. 

پروتکل DDS

این پروتکل یک استاندارد اینترنت اشیا است که توسط کارگروه Object Management Group توسعه یافته و برای دستگاه‌های کوچک که فضای کمی اشغال می‌کنند و ارتباطات ابرمحور دارند مناسب است.DSS از دو بخش تشکیل شده است. بخش اول یک پروتکل میان‌افزار (رابطی میان سیستم‌عامل و اپلیکیشن) است و بخش دوم یک API (رابط برنامه‌نویسی اپلیکیشن) است که ارتباط بین دستگاه‌ها را برقرار می‌کند. این معماری مناسب‌ترین گزینه برای اینترنت اشیا است و نرم‌افزاری که بر مبنای آن طراحی می‌شود بهترین گزینه برای تبادل اطلاعات و یکپارچگی سریع داده‌ها در سیستم اینترنت اشیا را ارائه می‌کند. یکی از بزرگ‌ترین مزایای پروتکل فوق پشتیبانی توسط بیشتر زبان‌های برنامه‌نویسی است. ارتباط بلادرنگ با ضریب اطمینان زیاد و مقیاس‌پذیری با کمک DSS امکان‌پذیر است. شکل زیر معماری استاندارد فوق را نشان می‌دهد.DDS از دو لایه  (DCPS)سرنام Data-Centric Publish-Subscribe و (DLRL) سرنام Data Local Reconstruction Layer ساخته شده است. لایه DCPS اطلاعات را تحویل کلاینت‌ها ‌می‌دهد، در حالی که DLRL رابطی برای عملگرهای DCPS فراهم ‌می‌کند.

پروتکل CoAP

 CoAPیک پروتکل کاربردی اینترنتی است که البته برای تعداد محدودی از گجت‌ها کاربرد دارد. در ابتدا از پروتکل فوق برای ارتباطات ماشین به ماشین استفاده می‌شد و پروتکلی جایگزین برای HTTP بود، اما به مرور زمان فراگیر شد و اکنون به یکی از پروتکل‌های کلیدی اینترنت اشیا تبدیل شده است. پروتکل CoAP تکنیکی موثر برای مبادله اطلاعات بر مبنای قالب‌بندی XML ارائه می‌کند. پروتکل CoAP از چهار پیام non-confirmable،confirmable ، reset و acknowledgment (ack) استفاده می‌کند. پروتکل CoAP برای برقراری ارتباطات امن با قابلیت اطمینان بالا روی UDP از پیام‌های confirmable استفاده می‌کند، البته این امکان وجود دارد تا پیام ack را به عنوان پاسخی استفاده کرد تا مشخص شود پیام به مقصد رسیده است یا خیر.CoAP یک پروتکل سبک است که پروتکل DTLS سرنام Datagram Transport Layer Security برای تامین امنیت بیشتر ارتباط‌ها استفاده می‌کند.

وای فای  (wifi)

پروتکلWiFi ، نوعی پروتکل ارتباطی بی سیم است که توسط اتحادیه وای فای (Wi-Fi Alliance) ثبت شده است و مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11  می‌باشد.

چند سالی می شود که از این تکنولوژی در سیستم های هوشمندسازی ساختمان استفاده می شود ، که علاوه بر مزایایی همچون قیمت پایینتر ، ارتباط ساده تر ، فیدبک پذیر و در نسل جدید آن امنیتی پایدارتر و سرعت انتقالی بیشتر ؛ معایبی نیز دارد که به طور مثال برد کوتاه و گاها با تداخل به دلیل عوامل محیطی نظیر نوع ساختمان و دیوارها و حائل ها ، ارتباط و انتقال دیتا تنها به صورت مستقیم بین ماژول ها با دستگاه مرکزی (مودم وای فای) و سناریو پذیری ساده‌تر اشاره کرد.

بلوتوث (Bluetooth)

بلوتوث نام یک استاندارد فناوری بی‌سیم با برد کم برای فرستادن پیام، عکس یا هر اطلاعات دیگر است که از لقب یک پادشاه منطقه اسکاندیناوی به نام هارالد بلاتند گرفته شده‌است و دارای پیوند کوتاه برد، بهره‌بری انرژی کم، کم هزینه و بی‌سیم می‌باشد. فناوری بلوتوث شامل چندین نکته کلیدی است که قبول آن را به‌طور گسترده آسان می‌کند. توانایی بی‌سیم بودن و برد کوتاه آن به دستگاه‌های جانبی این اجازه را می‌دهد که توسط یک کانال هوایی ارتباط برقرار کنند و جایگزین کابل‌هایی شوند که از اتصال دهنده‌ها با اشکال و اندازه‌های مختلف و چندین تکه استفاده می‌کنند.

 زیگبی (ZigBee)

زیگ بی نمونه ای از یک شبکه هوشمند است که بین کمپانیهای معتبر ارائه کننده خدمات برد کوتاه با هزینه کم و با مشخصه دسته ایی از پروتکل‌های ارتباط سطح بالا است که از فرستنده و گیرنده‌های دیجیتال کم مصرف مبتنی بر استاندارد IEEE802 برای شبکه‌های شخصی بیسیم با نرخ ارسال داده پایین استفاده می‌کنند. زیگ بی به منظور تعریف یک تکنولوژی ساده تر و ارزانتر از بلوتوث برای شبکه‌های شخصی بیسیم به‌وجود آمده‌است. به کمک زیگ بی می‌توان بیش از ۶۴۰۰۰ وسیله را به‌طور بیسیم از طریق شبکه به هم وصل نمود.

زدویو (Z-Wave)

پروتکل Z-Wave یک پروتکل ارتباطات بی‌سیم است که در اصل برای اتوماسیون خانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پروتکل همانند یک شبکه مش عمل می کند که با استفاده از امواج رادیویی کم انرژی، میان وسایل خانگی هوشمند که این پروتکل را پشتیبانی می کنند ارتباط برقرار می‌کند. به این ترتیب به کاربر امکان می‌دهد که بتواند وسایل محل سکونت و سایر تجهیزات نظیر کنترل روشنایی، سیستمهای امنیتی، ترموستات‌ها، پنجره‌ها، قفلها، استخرهای شنا و بازکننده‌ در گاراژها به صورت بی‌سیم کنترل نماید.

مقاله صفر تا 100 پروتکل Z-Wave را از این قسمت مطالعه نمایید.

سخن پایانی

خانه هوشمند که نقش پررنگی در اینترنت اشیا دارد، شامل تمام دستگاه‌هایی که به شبکه متصل هستند. برای توسعه این سیستم‌های هوشمند پشته پروتکلی پنج لایه IoT مناسب‌ترین گزینه است. در خصوص خانه هوشمند و سایر فناوری‌های مرتبط افراد زیادی مشغول به کار هستند و تحقیقات گسترده‌ای در حال انجام است. هر روزه در حوزه اینترنت اشیا تغییرات وسیعی در حال پیاده‌سازی است که از یک طرف فرآیند طراحی را پیچیده‌تر می‌کند، اما در طرف دیگر راه‌های جدیدی برای پیاده‌سازی و طراحی معماری‌ها و پروتکل‌ها به وجود می‌آورند. 

 

 

 

 

نظرات بازدیدکنندگان