انواع پروتکل های اینترنت اشیاء

همانگونه که اطلاع دارید پروتکل ها مجموعه ای از قوانین و استاندارد ها می باشند ، که برای ارتباط میزبان ها در شبکه باید مورد استفاده قرار بگیرند. اینترنت اشیا نیز دارای تعدادی پروتکل می باشد، که هر کدام دارای کاربرد خاصی بوده و ویژگی های منحصر به فردی دارد. بنابراین در این مقاله به معرفی انواع پروتکل اینترنت اشیا می پردازیم.

مقدمه: 

هر زمان که ما در مورد اینترنت اشیا صحبت می کنیم ، تعداد زیادی از دستگاه های متصل به اینترنت به ذهنمان خطور می کند. همانطور که می دانید برای عملکرد خوب آنها ، شبکه ارتباطی بین دستگاه ها بسیار مهم است. اینجاست که اجرای انواع پروتکل های اینترنت اشیا اهیمت پیدا می کند. پیش بینی ها نشان می دهد که تا سال ۲۰۳۰ حدود ۵۰ میلیارد از دستگاه های اینترنت اشیا در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. این به طور قابل توجهی به معنای آن است که زمان آن رسیده است که مشاغل و ذینفعان انواع پروتکل های اینترنت اشیا و استانداردهای ارتباط آن  را بهتر بشناسند ، که به طور بالقوه می تواند نقضامنیت را کاهش دهد.

پروتکل ها و استانداردهای اینترنت اشیا

دستگاه های متصل به اینترنت اشیا، در معرض تهدیدات آسیب پذیر هستند و برای به حداقل رساندن این منافذ امنیتی استفاده از پروتکل های مناسب ضروری است. پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا حالت های ارتباطی هستند که امنیت مطلوب داده های رد و بدل شده بین دستگاه های متصل به اینترنت اشیا را تضمین می کنند. دستگاه های اینترنت اشیا می توانند از طریق یک شبکه IP یا یک شبکه غیر IP متصل شوند. اگرچه در دامنه ، قدرت و حافظه مورد استفاده آنها تفاوتی وجود دارد.

اتصال از طریق شبکه های IP پیچیده است و حافظه و قدرت زیادی را از دستگاه های اینترنت اشیا می گیرد در حالی که محدودیت دامنه ایجاد نمی کند. از طرف دیگر ، شبکه های غیر IP مانند بلوتوث به حافظه و انرژی کمتری احتیاج دارند اما محدودیت دامنه دارند.

چرا انواع پروتکل های اینترنت اشیا اهمیت دارد؟

برای تعامل بین دستگاه ها ، نیاز به یک رسانه است و ترجیحاً یک زبان مشترک که همه دستگاه های موجود در اکوسیستم اینترنت اشیا قادر به درک آن باشند. این رسانه توسط پروتکل های اینترنت اشیا ارائه می شود. ناگفته نماند ، پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا نقش اصلی را در تعیین هزینه و ویژگی های راه حل های خاص اینترنت اشیا دارند. یک پروتکل ارتباطی استاندارد مزایای اصلی زیر را به همراه دارد:

• کیفیت بالا و اعتبار
• قابلیت همکاری و انعطاف پذیری نوآوری
• مقیاس پذیری جهانی

انواع پروتکل های اینترنت اشیا

پروتکل های شبکه اینترنت اشیا برای اتصال دستگاه های هوشمند از طریق شبکه طراحی شده اند. به عبارت دیگر پروتکل های شبکه اینترنت اشیا امکان برقراری ارتباط داده ای را در محدوده شبکه فراهم می کنند. HTTP، LoRaWAN ، بلوتوث ، zigbee برخی از پروتکل های محبوب شبکه اینترنت اشیا هستند. پروتکل های داده اینترنت اشیا برای اتصال دستگاه های کم مصرف اینترنت اشیا طراحی شده اند. بدون هیچ گونه اتصال به اینترنت ، آنها قادر به برقراری ارتباط از طریق پایانه با سخت افزار هستند. اگرچه اتصال در پروتکل های داده اینترنت اشیا می تواند از طریق شبکه سیمی یا تلفن همراه انجام شود. MQTT ، CoAP ، AMQP ، XMPP برخی از پروتکل های محبوب اینترنت اشیا هستند.

پروتکل های ارتباطی مورد استفاده در IoT بخش مصرف کننده و صنعت

در بخش مصرف کننده و همچنین بخش صنعت ، مشاغل گزینه های مختلفی برای پروتکل های اینترنت اشیا دارند. در عین حال ، توجه به این نکته ضروری است که هر پروتکل دارای ویژگی ها و قابلیت های متمایز است. اکثرسیستم های صنعتی و مشابه SCADA (کنترل نظارتی و دستیابی به داده ها) از پروتکل های ارتباطی اختصاصی استفاده می کنند.

1. پروتکل وای فای (wifi)

استاندارد – براساس IEEE 802.11n (امروزه معمولاً در خانه ها استفاده می شود) این یکی از محبوب ترین پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا است. این نوع اتصال بر اساس استاندارد IEEE 802.11n بیشتر در خانه ها و مشاغل مختلف مورد استفاده قرار می گیرد ، که دامنه ای از صدها مگابیت بر ثانیه را ارائه می دهد ، که برای انتقال فایل مناسب است اما برای بسیاری از برنامه های اینترنت اشیا بسیار پر مصرف است.

2. پروتکل بلوتوث

بلوتوث یکی از مهمترین فناوریهای ارتباطی برد کوتاه است. ارسال مقادیر کوچک داده برای محصولات شخصی مانند ساعت های هوشمند مناسب است. برای دستگاه های تلفن همراه بسیار مناسب ، پروتکل قابل توجه IoT است. امروزه بلوتوث کم مصرف انرژی کم (BLE) یا بلوتوث هوشمند همان چیزی است که شرکت های توسعه دهنده اینترنت اشیا از آن برای بازارهای مختلف محصولات مصرفی استفاده می کنند.

3. پروتکل زیگبی (zigbee)

زیگبی یکی از پروتکل های مهم است. این سیستم دارای مزایای قابل توجهی در سیستم های پیچیده است که دارای عملکرد کم انرژی ، امنیت بالا ، مقاومت و مقیاس پذیری بالا و همچنین موقعیتی برای استفاده از کنترل بی سیم است. مانند بلوتوث ، پایگاه کاربری گسترده ای از ZigBee وجود دارد.

4. پروتکل MQTT

این پروتکل سبب تبادل پیام و اشتراک با یک سبک بسیار سبک وزن خواهد شد. از این پروتکل اغلب برای ارتباط با مکان های دورافتاده استفاده می شود.

MQTT یک پروتکل پیام سبک برای ارسال جریان داده های ساده از حسگرها به برنامه ها و میان افزار است. برای تأمین جریانهای مطمئن و در عین حال ساده داده ، در بالای شبکه TCP / IP کار می کند. پروتکل MQTT شامل ۳ عنصر اصلی است: مشترک ، ناشر و کارگزار. ثابت می شود که برای شبکه های بی سیم که گاه به گاه محدودیت پهنای باند یا اتصالات غیرقابل اطمینان دارند، انتخاب بهتری است. فیس بوک از MQTT در پیام رسان فیس بوک برای چت آنلاین استفاده کرده است.

5. پروتکل OPC- UA

OPC UA یکی از مهمترین پروتکل های ارتباطی صنعت و اینترنت اشیا است که تحت پروتکل ارتباطی صنعتی M2M قرار می گیرد. مانند MQTT ، این یک استاندارد مستقل از سیستم عامل است که از طریق آن انواع مختلفی از سیستم ها و دستگاه ها می توانند با ارسال پیام های درخواست و پاسخ بین کلاینت ها و سرورها ارتباط برقرار کنند.

6. پروتکل سلولی

پروتکل های اینترنت اشیا سلولی برای ایجاد یک منطقه پوشش نیازی به دروازه های از پیش تعیین شده ندارند. از این رو برای مقیاس منطقه ای ، سرتاسر کشور و یا حتی ماورا قاره ترجیح داده می شود. هر زمان که نیاز به اتصال اشیایی مانند چراغ های خیابان ، پارکومترها ، بیمارستان ها یا برنامه های بی شمار صنعتی مانند واحدهای تولیدی و کشاورزی وجود داشته باشد ، پروتکل های سلولی می توانند اتصال را افزایش دهند. سادگی زیرساخت ها همراه با ظهور ۵G ، پروتکل های ارتباطات سلولی را به یک گزینه انتخابی تبدیل می کند.

7. پروتکل موج Z

این پروتکل ارتباطی بی سیم مبتنی بر فناوری ارتباطات RF کم قدرت است. برای محصولات اتوماسیون خانگی از قبیل کنترل کننده های لامپ ، حسگرها بسیار ترجیح داده می شود. بسیار کنترل کننده و گسترده برای کنترل حداکثر ۲۳۲ دستگاه.

8. پروتکل NFC (ارتباط میدانی نزدیک)

NFC یکی از پروتکل های ارتباطی محبوب این روزها است. با سهم عظیم بازار گوشی های هوشمند ، همین پروتکل به مشتریان امکان پرداخت بدون تماس از طریق تلفن های هوشمند خود را می دهد. این پروتکل از القای الکترومغناطیسی بین دو آنتن حلقه واقع در یکدیگر نزدیک میدان استفاده می کند.

NFC اجازه دو حالت ارتباطی را می دهد:

حالت ارتباط غیرفعال: در این حالت فقط یک دستگاه NFC یک میدان RF تولید می کند. دستگاه دوم که به آن هدف گفته می شود از روشی به نام مدولاسیون بار برای انتقال داده ها به دستگاه اصلی / آغازگر استفاده می کند.

حالت ارتباط فعال: در این حالت ارتباطی ، هر دو دستگاه NFC سیگنال RF تولید می کنند که داده ها بر روی آن حمل می شوند.

9. پروتکل LoRaWAN

Lora یک شبکه وسیع رادیویی با برد بلند است که امنیت موبایل کم هزینه را برای اینترنت اشیا ، شهرهای هوشمند و برنامه های صنعتی فراهم می کند. این برای مصرف کم انرژی بهینه شده و از شبکه بزرگی از میلیونها دستگاه پشتیبانی می کند. روشنایی خیابان هوشمند یک مثال عملی است برای پروتکل LoRaWAN است.

10. پروتکل SigFox

ارتباطات Sigfox در مناطق کم کاربرد M2M که پوشش وسیع مورد نیاز است ، هدف گذاری شده است. رابط بی سیم SigFox هر ارتباطی را که به حداقل میزان مصرف برق نیاز دارد امکان پذیر می کند. بنابراین اگر به دنبال گزینه ای بهتر برای دستگاه های از راه دور هستید که برای مدت زمان طولانی نیاز به کار با باتری دارند و نیازی به تغییر و نگهداری باتری نیست ، به دنبال پروتکل ارتباطی SigFox باشید.

11. پروتکل IPv6

این پروتکل سبب انتقال دیتاگرام به اینترنت در کل شبکه های گوناگون IP می شود. در واقع IPv6 یک لایه اینترنت جهت ارتباط متقابل بین بسته ها می باشد.

۶LoWPAN که مخفف IPv6 می باشد، بر روی شبکه های وایرلس شخصی بی سیم استفاده می شود. این لایه در IPv6 فقط بر روی لینک های IEEE 802.15.4 قرار دارد. لازم به ذکر می باشد، که این پروتکل تنها در دامنه های فرکانسی ۲٫۴ گیگاهرتز ، که دارای سرعت انتقال ۲۵۰ کیلوبیت برثانیه باشند، عمل خواهد کرد.

12. پروتکل DTLS

این پروتکل برای پروتکل های دیتاگرام، حریم خصوصی ارتباطات را به وجود می آورد. در واقع این پروتکل با روش هایی سبب جلوگیری از دستکاری پیام ها، تعویض پیام ها و همچنین سوء استفاده از آن ها خواهد شد. در واقع این پروتکل براساس پروتکل TLS که مرتبط با امنیت حمل و نقل می باشد، و همچنین تضمین های امنیتی معادل با پروتکل TLS عمل می نماید.

13. پروتکل AMQP

این پروتکل که در میان افزار های پیام گرا استفاده می شود، یک نوع استاندارد لایه باز می باشد. صف بندی، دریافت پیام، قابلیت اطمینان، قابلیت امنیت و مسیریابی ازجمله ویژگی هایی می باشند که، در AMQP تعریف شده اند.

14. پروتکل STOMP

این پروتکل برای پیام متنی با متن های ساده تعریف شده است.

15. پروتکل CoAP

این پروتکل لایه ای کاربردی می باشد و در دستگاه هایی که اینترنت محدود همراه با منابعی ازقبیل گره WSN دارند، استفاده می شود. این پروتکل خیلی راحت به منظور ساده سازی ادغام HTTP با وب طراحی گردیده، البته دارای قابلیت پشتیبانی از نیاز های تخصصی، ازقبیل سادگی و پشتیانی چند رسانه ای کم هزینه می باشد.

16. پروتکل MQTT-SN

این پروتکل مخصوص برنامه های کاربردی ماشین و ماشین، ماشین و تلفن همراه می باشد، که به منظور اشتراک و انتشار مجانی استفاده شده و سبک می باشد.

17. پروتکل SSI

این پروتکل در بین رایانه ها، یا پایانه های هوشمند و یا سنسور های هوشمند ارتباط برقرار کرده و سبب انتقال اطلاعات می شود در واقع SSI پروتکلی ساده می باشد.

18. پروتکل  Reactive Streams

یک نوع استاندارد می باشد ، که سبب پردازش جریان ناهمزمان با فشار و همچنین غیر مسدود کردن بازگشت به JVM می شود .