استانداردهای برتر اینترنت اشیا | 10 + 2 پروتکل IoT

اینترنت اشیا (IoT) دستگاه‌های فیزیکی را به هم متصل می‌کند و تبادل داده‌ها را از طریق اینترنت امکان‌پذیر می‌سازد و استانداردهای برتر اینترنت اشیا مسئول ارتباط و انتقال داده‌ها بین دستگاه‌ها هستند. از آنجایی که سازمان‌ها برای انتخاب راه‌حل‌های مناسب برای نیازهای خود باید فناوری‌های مختلف را درک کنند، این پست از وبلاگ اسمارت هوم کالا برای راهنمایی شما در مورد پروتکل IoT و کاربردهای آنها گردآوری شده است. در ادامه همراه ما باشید.

حجم و دسترسی دستگاه‌های متصل به‌سرعت در حال گسترش است، به‌طوری‌که در سال 2020 تعداد اتصالات اینترنت اشیا برای اولین بار از اتصالات آنلاین غیر اینترنت اشیا فراتر رفت.
طبق گزارش شرکت تحقیقات بازار IoT Analytics، در سال 2020 حدود 11.7 میلیارد اتصال اینترنت اشیا در مقایسه با 10 میلیارد اتصال غیر اینترنت اشیا – مانند تلفن‌های هوشمند و رایانه‌ها – وجود داشت. محققان پیش‌بینی کرده‌ بودند که این تعداد تا سال 2025 به 30.9 میلیارد اتصال برسد که امروزه می‌بینیم رسیده!

پروتکل‌ها و استانداردهای اینترنت اشیا، از جمله فناوری‌هایی مانند 5G و شبکه‌های WAN کم‌مصرف، به این رشد شتاب داده و آن را پشتیبانی می‌کنند.

این مقاله برداشتی از مقاله خارجی به لینک https://www.techtarget.com/iotagenda/tip/Top-12-most-commonly-used-IoT-protocols-and-standards است.

چرا پروتکل‌های اینترنت اشیا اهمیت دارند؟

ارزش و کارآمدی اینترنت اشیا در توانایی اجزا برای برقراری ارتباط نهفته است. این ارتباطات هستند که امکان انتقال داده از دستگاه‌های انتهایی به سرورهای مرکزی از طریق خط لوله اینترنت اشیا را فراهم می‌کنند.

پروتکل‌های اینترنت اشیا تضمین می‌کنند که داده‌های ارسالی از دستگاه‌های انتهایی، مانند حسگرها، به درستی توسط مرحله بعدی پردازش یا مقصد نهایی دریافت و درک شوند، چه این مقصد یک دستگاه دیگر، یک دروازه یا یک برنامه کاربردی باشد.

به بیان ساده، پروتکل‌های اینترنت اشیا همان‌قدر که خود دستگاه‌ها حیاتی‌اند، برای عملکرد اینترنت اشیا نیز ضروری هستند.

بااین‌حال، تمام پروتکل‌ها به‌طور یکسان طراحی نشده‌اند. بیل ری، تحلیلگر ارشد گارتنر، بیان می‌کند که همه پروتکل‌ها در همه شرایط به‌خوبی کار نمی‌کنند. او توضیح می‌دهد که برخی از پروتکل‌ها برای کاربردهای داخل ساختمان مناسب هستند، برخی دیگر برای ارتباط بین ساختمان‌ها و دسته‌ای دیگر برای موارد استفاده ملی یا جهانی اینترنت اشیا عملکرد بهتری دارند.

پروتکل‌های موجود برای اینترنت اشیا

پروتکل‌های متنوعی در دسترس هستند که هرکدام ویژگی‌ها و قابلیت‌های خاصی دارند و برای شرایط خاص مناسب‌ترند. هر پروتکل، ارتباط بین دستگاه‌ها، دستگاه و دروازه، یا دستگاه و مرکز داده (یا ترکیبی از این موارد) را ممکن می‌سازد.

عواملی مانند موقعیت جغرافیایی، نیازهای مصرف انرژی، نوع باتری، وجود موانع فیزیکی و هزینه، تعیین می‌کنند که کدام پروتکل برای پیاده‌سازی اینترنت اشیا بهتر است.

لایه‌های مختلف معماری اینترنت اشیا

سیستم‌های شبکه به‌صورت مجموعه‌ای از فناوری‌ها ساخته شده‌اند. این فناوری‌ها معمولاً در قالب مدل‌های مرجع، مانند مدل OSI، تجسم می‌شوند که انتقال داده‌ها را از لایه‌های پایین به بالا توصیف می‌کند. مدل OSI شامل هفت لایه است:

1. فیزیکی
2. پیوند داده
3. شبکه
4. حمل و نقل
5. جلسه
6. ارائه
7. برنامه

برخی مدل‌های دیگر برای اینترنت اشیا نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

• مدل سه‌لایه: ادراک، شبکه و کاربرد
• مدل چهار‌لایه: ادراک، پشتیبانی، شبکه و کاربرد
• مدل پنج‌لایه: ادراک، انتقال، پردازش، کاربرد و کسب‌وکار

پروتکل‌های مختلف بر اساس این لایه‌ها عمل می‌کنند. به گفته اسکات یانگ از گروه تحقیقاتی Info-Tech، یک اکوسیستم اینترنت اشیا می‌تواند از پروتکل‌های متعددی بهره ببرد که در لایه‌های مختلف ارتباط را ممکن می‌سازند و حتی برخی از آن‌ها بین لایه‌ها پل می‌زنند.

پروتکل‌های رایج اینترنت اشیا

فن‌آوران می‌توانند هنگام طراحی شبکه اینترنت اشیا، از میان چندین پروتکل رایج انتخاب کنند. برخی از این پروتکل‌ها عبارت‌اند از:

برای معرفی جامع‌تر پروتکل‌های رایج اینترنت اشیا (IoT) با جزئیات بیشتر، در ادامه به هر پروتکل با تفصیل بیشتری می‌پردازیم. به این ترتیب، با شناخت بهتری می‌توان کاربرد و مزایای هر یک از این پروتکل‌ها را درک کرد:

1. AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)

AMQP یک پروتکل استاندارد باز است که برای سیستم‌های پیام‌رسانی بین‌سیستمی طراحی شده و در محیط‌هایی که قابلیت اطمینان، امنیت، و همکاری بین سیستم‌ها اهمیت دارد، استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا

قابلیت همکاری: امکان انتقال پیام بین سیستم‌های مختلف، بدون توجه به تفاوت در بسترهای زیرساختی.
امنیت بالا: از پروتکل‌های امنیتی برای حفاظت از پیام‌ها استفاده می‌کند.
انعطاف‌پذیری: مناسب برای ارتباطات غیرهمزمان که سیستم‌ها نیازی به حضور همزمان ندارند.

کاربردها

بیشتر در بانکداری، صنعت مالی، و محیط‌هایی که به قابلیت اطمینان بالا نیاز دارند، استفاده می‌شود.

2. Bluetooth و Bluetooth Low Energy (BLE)

بلوتوث یکی از شناخته‌شده‌ترین فناوری‌های ارتباطی بی‌سیم با برد کوتاه است که برای انتقال داده‌های سریع بین دستگاه‌ها به کار می‌رود. BLE نسخه بهینه‌سازی شده‌ای از بلوتوث است که مصرف انرژی بسیار پایینی دارد.

ویژگی‌ها و مزایا

بلوتوث استاندارد: مناسب برای انتقال فایل‌ها و اتصال دستگاه‌های جانبی (مانند هدفون‌ها).
BLE: برای ارتباطات کم‌مصرف طراحی شده و بیشتر در دستگاه‌های پوشیدنی و ردیاب‌های سلامتی استفاده می‌شود.

کاربردها

بلوتوث استاندارد: اسپیکرها، هدفون‌ها، دستگاه‌های جانبی رایانه.
BLE: ساعت‌های هوشمند، حسگرهای سلامتی، دستگاه‌های هوشمند خانگی.

3. ارتباط سلولی (Cellular)

ارتباط سلولی یکی از گسترده‌ترین گزینه‌ها برای اتصال دستگاه‌های IoT در مقیاس ملی یا جهانی است. با استفاده از فناوری‌های 4G/LTE و 5G، می‌تواند داده‌ها را با سرعت بالا و در فواصل طولانی منتقل کند.

ویژگی‌ها و مزایا

پوشش وسیع: مناسب برای مناطقی که دسترسی به دیگر شبکه‌ها ممکن نیست.
قابلیت ارسال داده‌های حجیم: این فناوری برای کاربردهایی که نیاز به ارسال مداوم داده دارند، مناسب است.

معایب

هزینه بالا.
مصرف انرژی زیاد.

کاربردها

وسایل نقلیه متصل.
پایش از راه دور (مثلاً تجهیزات کشاورزی یا صنعتی در مناطق دورافتاده).

4. CoAP (Constrained Application Protocol)

این پروتکل برای دستگاه‌های با محدودیت‌های سخت‌افزاری و پهنای باند کم طراحی شده است و با سیستم‌های مبتنی بر HTTP هماهنگ است.

ویژگی‌ها و مزایا

پشتیبانی از دستگاه‌های کم‌توان: مناسب برای حسگرها و دستگاه‌هایی که پردازنده و حافظه محدودی دارند.
ارتباط سریع و کارآمد: استفاده از UDP برای کاهش تأخیر در انتقال داده.

کاربردها

محیط‌های M2M (ماشین به ماشین).
حسگرهای صنعتی و کشاورزی.

5. DDS (Data Distribution Service)

DDS یک پروتکل بلادرنگ و مقیاس‌پذیر است که برای انتقال داده در زمان واقعی طراحی شده است.

ویژگی‌ها و مزایا

زمان پاسخ کوتاه: برای کاربردهایی که تأخیر در انتقال داده غیرقابل‌قبول است.
پشتیبانی از مقیاس‌پذیری: مناسب برای اکوسیستم‌های پیچیده و بزرگ.

کاربردها

سامانه‌های حمل و نقل هوشمند.
کاربردهای نظامی و دفاعی.

6. LoRa و LoRaWAN

LoRa یک فناوری بی‌سیم غیرسلولی است که برای ارتباطات دوربرد با مصرف انرژی پایین استفاده می‌شود. LoRaWAN نسخه شبکه‌ای این فناوری است که قابلیت‌های بیشتری مانند مدیریت دستگاه‌ها را ارائه می‌دهد.

ویژگی‌ها و مزایا

برد طولانی: مناسب برای مناطق وسیع مانند مزارع یا شهرهای هوشمند.
مصرف انرژی پایین: دستگاه‌ها می‌توانند سال‌ها با یک باتری کار کنند.

کاربردها

شهرهای هوشمند (مدیریت پارکینگ، نظارت بر کیفیت هوا).
کشاورزی هوشمند (نظارت بر وضعیت خاک و آب).

7. LWM2M (Lightweight M2M)

LWM2M یک پروتکل برای مدیریت دستگاه‌های IoT است که به ویژه برای دستگاه‌های کم‌مصرف و با حافظه محدود طراحی شده است.

ویژگی‌ها و مزایا

مدیریت از راه دور: امکان کنترل و نظارت بر دستگاه‌ها از فاصله دور.
پشتیبانی از دستگاه‌های ساده: مناسب برای حسگرها و ابزارهای IoT کم‌هزینه.

کاربردها

خانه‌های هوشمند.
زیرساخت‌های شهری.

8. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

MQTT یکی از محبوب‌ترین پروتکل‌های پیام‌رسانی در اکوسیستم IoT است که از معماری انتشار-اشتراک استفاده می‌کند.

ویژگی‌ها و مزایا

سادگی: مناسب برای دستگاه‌هایی با منابع محدود.
پشتیبانی از ارتباطات غیرقابل‌اعتماد: برای محیط‌هایی با پهنای باند کم طراحی شده است.

کاربردها

حسگرهای صنعتی.
دستگاه‌های هوشمند خانگی.

9. Wi-Fi

Wi-Fi یکی از شناخته‌شده‌ترین پروتکل‌ها برای ارتباطات اینترنتی است که به دلیل سرعت بالا و دسترسی گسترده، در اکوسیستم IoT نیز به‌کار می‌رود.

ویژگی‌ها و مزایا

انتقال سریع داده: برای کاربردهایی که نیاز به ارسال داده‌های حجیم دارند.
دسترسی آسان: بیشتر ساختمان‌ها به زیرساخت Wi-Fi مجهز هستند.

معایب

مصرف انرژی زیاد.
برد محدود.

کاربردها

دوربین‌های امنیتی.
سیستم‌های هوشمند خانگی.

10. XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)

XMPP در ابتدا برای ارتباطات انسان به انسان توسعه یافت، اما اکنون برای ارتباطات M2M نیز استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا

پشتیبانی از ارتباطات بلادرنگ: تبادل داده‌های ساختاریافته بین چندین دستگاه.
قابل توسعه: مناسب برای سیستم‌هایی که نیاز به سفارشی‌سازی دارند.

کاربردها

وسایل هوشمند.
کاربردهای مصرفی IoT.

11. Zigbee

Zigbee یک پروتکل شبکه مش است که برای دستگاه‌های کم‌مصرف و کاربردهای اتوماسیون خانگی طراحی شده است.

ویژگی‌ها و مزایا

برد مناسب: فراتر از BLE عمل می‌کند، اما با سرعت داده کمتر.
شبکه مش: امکان گسترش شبکه با افزودن دستگاه‌های جدید.

کاربردها

روشنایی هوشمند.
قفل‌های هوشمند در خانه‌های هوشمند.

12. Z-Wave

Z-Wave یکی دیگر از پروتکل‌های بی‌سیم با مصرف انرژی پایین است که بیشتر برای خانه‌های هوشمند و مدیریت انرژی به‌کار می‌رود.

ویژگی‌ها و مزایا

امنیت بالا: از رمزنگاری برای ارتباطات امن استفاده می‌کند
پایداری: مناسب برای دستگاه‌های کم‌مصرف با باتری

کاربردها

ترموستات‌های هوشمند
سیستم‌های هشدار و امنیت خانگی

نحوه انتخاب پروتکل مناسب اینترنت اشیا

هیچ پروتکل واحدی وجود ندارد که برای تمام کاربردها ایده‌آل باشد. انتخاب پروتکل مناسب باید بر اساس شرایط خاص هر پروژه اینترنت اشیا صورت گیرد. عواملی نظیر نیازهای انرژی، موقعیت جغرافیایی، امنیت و هزینه از جمله مواردی هستند که باید مورد ارزیابی قرار گیرند.