Useimmiten alan huomio on kiinnittynyt tiukasti viestintään. Vaikka laitteiden, IoT-antureiden, yhdyskäytävien, palvelimien ja käyttäjäsovellusten välinen vuorovaikutus on IoT:n kannalta olennaista, viestintä ei onnistuisi ilman oikeita IoT-protokollia.
Protokollien rooli IoT:ssä
Protokollat toimivat verkkokokonaisuuksien, kuten palvelimien, yhdyskäytävien, reitittimien, sovellusten ja liitettyjen IoT-laitteiden, yhteisenä kielenä, jolla ne voivat olla vuorovaikutuksessa keskenään. Protokolla määrittää säännöt, joita molempien osapuolten on noudatettava kommunikoidakseen tehokkaasti. Nämä säännöt määräävät vuorovaikutuksen luonteen, lähetettävät arvot ja ominaisuudet, tietojen vastaanotto- ja käsittelymenetelmät, käytetyt turvatoimet ja paljon muuta.
IoT-protokollat ovat olennainen osa IoT-teknologiapinoa. Ilman IoT-protokollia ja -standardeja laitteisto olisi hyödytön. Tämä johtuu siitä, että IoT-protokollat mahdollistavat tietojen ja komentojen vaihdon eri laitteiden välillä, jolloin loppukäyttäjät voivat poimia hyödyllistä tietoa ja olla vuorovaikutuksessa laitteiden kanssa ja ohjata niitä.
Miksi IoT-protokollat ovat tärkeitä?
IoT-protokollat ovat ratkaisevan tärkeitä IoT-järjestelmien toimivuuden ja yhteentoimivuuden kannalta. Ne varmistavat, että laitteiden välinen viestintä on standardoitua, luotettavaa ja turvallista, jolloin eri laitteet ja järjestelmät voivat toimia saumattomasti yhdessä. Valitsemasi protokollat määrittävät sovelluksesi monimutkaisuuden ja auttavat priorisoimaan palvelun ja suorituskyvyn ominaisuuksia, kuten nopeutta, selkeyttä, virransäästöä ja turvallisuutta.
Kuinka monta IoT-protokollaa on olemassa?
Lyhyesti sanottuna paljon. IoT on heterogeeninen, ja siihen kuuluu erilaisia älykkäitä laitteita, protokollia ja sovelluksia. Eri hankkeet ja käyttötapaukset edellyttävät erilaisia laitteita ja protokollia. Esimerkiksi IoT-verkko, joka kerää säätietoja laajalla alueella, tarvitsee lukuisia pienitehoisia antureita, joissa energiatehokkuus on tärkeämpää kuin nopeus tai turvallisuus. Sitä vastoin esineiden internetin järjestelmässä, jossa ambulansseissa on lääketieteellisiä antureita, jotka lähettävät potilastietoja sairaaloihin, on asetettava etusijalle nopeus ja turvallisuus, mikä edellyttää tehokkaampia ja turvallisempia protokollia.
Asiantuntijat ovat luokitelleet IoT-arkkitehtuurin eri kerroksiin ylläpidon yksinkertaistamiseksi ja yhteentoimivuuden edistämiseksi. Yksi parhaista kehyksistä IoT-kerrosten ymmärtämiseen on Open Systems Interconnection (OSI) -malli, jossa määritellään seitsemän kerrosta ylhäältä alaspäin suuntautuvassa arkkitehtuurissa.
OSI-mallin kerrokset
-
Fyysinen kerros: Koostuu laitteistosta, kuten ethernet-kaapeleista ja matkapuhelinmastoista.
-
Tiedonsiirtokerros: Korjaa virheet ja yhdistää laitteet tiedonsiirtoa varten.
-
Verkkokerros: Koordinoi tiedonsiirtoa ja reitittää paketteja.
-
Kuljetuskerros: Kuljettaa datapaketteja.
-
Istuntokerros: Aikatauluttaa laitteiden väliset viestintäistunnot.
-
Esityskerros: Salaa ja muuntaa tiedot sovelluskerroksen luettavaksi.
-
Sovelluskerros: Sisältää mobiili- ja verkkosovellukset, jotka ovat vuorovaikutuksessa IoT-laitteiden kanssa.
Asiantuntijat myös yksinkertaistavat IoT-arkkitehtuurin kolmeen, neljään tai viiteen kerrosmalliin, jotka ovat verrattavissa OSI-rakenteeseen. Esimerkiksi kolmikerroksinen malli sisältää sovellus-, verkko-/internet- ja havainto-/tunnistuskerrokset. Nelikerroksinen malli lisää kuljetuskerroksen, ja viisikerroksinen malli sisältää liiketoiminta-/data-analyysikerroksen, joka mahdollistaa toimintakelpoisten tietojen hyödyntämisen.
IoT-protokollien luokat
-
IoT-sovellusprotokollat
-
Toimialakohtaiset IoT-sovellusprotokollat
-
Kuluttajalaitteiden IoT-protokollat
-
IoT-siirtoprotokollat
-
Verkkokerroksen IoT-protokollat
-
Fyysisen ja tiedonsiirtokerroksen IoT-protokollat
-
IoT-turvallisuusprotokollat
Asiantuntijamme neuvovat, miten IoT-yhteysratkaisusi vaikuttaa protokollavalintoihin, jos haluat asiantuntevaa neuvontaa.
IoT-sovellusprotokollat
MQTT (Message Queueing Telemetry Transport)
MQTT on IoT- ja M2M-sovelluksiin suunniteltu kevyt viestintäprotokolla, joka sopii erinomaisesti etäympäristöihin tai rajoitettuun kaistanleveyteen. Se käyttää publish/subscribe-arkkitehtuuria, jossa sovellukset voivat julkaista tai tilata aiheita, ja MQTT-välittäjä helpottaa tiedonsiirtoa.
Esimerkki: Öljynporauslautan ennakoivan kunnossapidon anturi havaitsee tärinän muutokset ja julkaisee tiedot MQTT:n kautta. MQTT-välittäjä välittää nämä tiedot tilatulle sovellukselle ja käynnistää tarvittaessa hälytykset.
HTTP (HyperText Transfer Protocol)
HTTP:tä käytetään laajalti web-navigoinnissa ja REST-API:issä, jolloin web-kehittäjät voivat lähettää tietoja HTTP POST -pyynnöillä. Yhteydetön luonteensa ja suuremman tiedonkulutuksensa vuoksi HTTP soveltuu käyttötapauksiin, joissa on vähemmän dataa ja akkua koskevia rajoituksia.
WebSocket
WebSocket on kaksisuuntainen viestintäprotokolla, joka mahdollistaa reaaliaikaisen tiedonsiirron pienellä viiveellä ja minimaalisella yleiskustannuksella, joten se soveltuu IoT-sovelluksiin, jotka edellyttävät usein toistuvaa ja suurta tiedonvaihtoa.
AMQP (kehittynyt Message Queuing Protocol)
AMQP on avoimen lähdekoodin protokolla, joka on suunniteltu järjestelmien, laitteiden ja sovellusten väliseen yhteentoimivuuteen. Se tarjoaa enemmän reititysvaihtoehtoja kuin MQTT, mutta sen monimutkaisuus ja yleiskustannukset ovat suuremmat.
CoAP (Constrained Application Protocol)
CoAP on suunniteltu vähävirtaisiin, häviöllisiin verkkoihin, ja se yhdistetään usein UDP:n kanssa tehokkuuden vuoksi. Se soveltuu sovelluksiin, kuten älykkäiden mittareiden viestintään, jossa akun säästäminen on tärkeää.
LwM2M (Lightweight Machine-to-Machine, kevyt koneen ja koneen välinen yhteys)
CoAP:n varaan rakentuva LwM2M tarjoaa tehokasta matalaenergiaviestintää sekä laitehallinta- ja provisiointitoimintoja käyttäen tiedonsiirtoon protokollia, kuten UDP:tä, TCP:tä ja SMS:ää.
XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol, laajennettavissa oleva sanomanvälitys- ja läsnäoloprotokolla).
XML:n varaan rakennettu XMPP oli alun perin tarkoitettu pikaviestintään, mutta nykyään se helpottaa hyvin jäsenneltyä tiedonsiirtoa alustojen välillä, vaikka sitä ei olekaan optimoitu muistin rajallisille laitteille.
DDS (Data Distribution Service)
DDS on reaaliaikainen, yhteentoimiva protokolla luotettavaa, hajautettua käsittelyä varten laitteiden välillä. Se käyttää TCP- ja UDP-tuettua publish/subscribe-mekanismia, jossa on suora vertaisvertainen tiedonvaihto.
SMS / SMPP (Short Message Peer-to-Peer Protocol).
SMS mahdollistaa tiedonvaihdon matkapuhelinyhteyksien kautta, ja SMPP helpottaa ohjelmallista viestintää laitteiden kanssa palveluntarjoajien SMS-keskusten kautta.
USSD (Unstructured Supplementary Service Data, jäsentelemätön lisäpalvelutieto).
USSD eli "Feature Codes" hakee tekstipohjaisia tietoja IoT-laitteista ilman datayhteyttä. Se on kuitenkin vanhentumassa, kun operaattorit luopuvat 2G- ja 3G-verkoista.
SSI-protokolla (Simple Sensor Interface)
SSI mahdollistaa yksinkertaisen, pienitehoisen viestinnän IoT-anturien ja päätelaitteiden välillä, mutta sen päivitysten puuttuminen vuodesta 2006 lähtien saattaa tehdä siitä vanhentuneen.
Toimialakohtaiset IoT-sovellusprotokollat
OCPP (avoin latauspisteprotokolla)
OCPP on avoin standardi sähköautojen latausasemille, joka helpottaa viestintää keskusjärjestelmän kanssa turvallisuutta, tapahtumia, diagnostiikkaa ja laitehallintaa varten.
IEC 62056
Tässä kansainvälisen sähköteknisen komission standardisarjassa määritellään sähkömittareiden tiedonsiirto ja pyritään kansainväliseen standardointiin.
OBD2/CAN-väylä
OBD2- ja CAN-väyläprotokollat määrittelevät ajoneuvon järjestelmien ja diagnostiikkaporttien välisen viestinnän, jota käytetään yleisesti ajoneuvon telematiikkatietojen keräämiseen.
OPC UA
OPC Unified Architecture on monipuolinen, yhteentoimiva protokolla teollista IoT:tä varten, joka helpottaa tiedonvaihtoa liitettyjen antureiden ja pilven välillä.
Langaton M-väylä
Tämä eurooppalainen standardi on suunniteltu älykkäiden mittareiden tiedonsiirtoon, ja se on levinnyt hyvin sisätiloihin ja otettu laajalti käyttöön Euroopassa, vaikka sertifiointistandardi puuttuu.
Kuluttajalaitteiden IoT-protokollat
Asia
Googlen, Applen, Amazonin, Samsung SmartThingsin ja Zigbee Alliancen kehittämä Matter parantaa eri valmistajien älykkäiden kodin laitteiden yhteensopivuutta.
Weave
Alun perin Nest-tuotteita varten kehitetty Weave (jonka Google osti) helpottaa IoT-viestintää eri verkkotyypeissä, kuten Ethernetissä, Wi-Fi:ssä ja Bluetooth Low Energyssä.
Homekit Accessory -protokolla (HAP)
Applen HAP:n avulla kolmannen osapuolen laitteet voivat kommunikoida Applen tuotteiden kanssa, mikä mahdollistaa älykkäiden kodin laitteiden hallinnan Applen käyttöliittymien kautta.
KNX
Rakennusautomaation avoin standardi, KNX toimii eri yhteyksien kautta ja on johdettu useista eurooppalaisista protokollista.
X10
Vuonna 1975 kehitetty X10 on edelleen käytössä kotitalouslaitteiden kauko-ohjaukseen PLC- ja RF-verkon (Power Line Communication) kautta.
Z-Wave
Z-Wave on älykotiprotokolla, joka käyttää mesh-verkkoa laitteiden liittämiseksi keskuskeskukseen. Se tarjoaa pidemmän kantaman kuin Bluetooth ja pienemmän virrankulutuksen kuin Wi-Fi.
IoT-siirtoprotokollat
UDP (User Datagram Protocol)
UDP asettaa nopeuden luotettavuuden edelle, joten se sopii erinomaisesti videon suoratoiston ja VoIP:n kaltaisiin aikasidonnaisiin sovelluksiin.
TCP (Transmission Control Protocol)
TCP varmistaa tarkan tiedonsiirron ja asettaa luotettavuuden nopeuden edelle, joten se soveltuu sovelluksiin, joissa tiedon eheys on ratkaisevan tärkeää.
Verkkokerroksen IoT-protokollat
IP (Internet-protokolla)
IP määrittää osoitteet verkkoyksiköille ja mahdollistaa datapakettien reitityksen eri verkkojen välillä.
Fyysisen ja tiedonsiirtokerroksen IoT-protokollat
Wi-Fi
Wi-Fi luo lähiverkkoja laitteiden yhteyksiä varten, mutta se ei ehkä ole ihanteellinen IoT:lle signaalihäiriöiden ja suuremman virrankulutuksen vuoksi.
LTE (Long Term Evolution)
LTE tarjoaa nopeaa dataa multimediasovelluksia varten, mutta se on kallis ja soveltuu huonosti akkukäyttöisiin IoT-laitteisiin. LTE CAT-1 tarjoaa yksinkertaisemman ja edullisemman vaihtoehdon.
GSM
GSM on iästään huolimatta edelleen laajalti käytössä esineiden internetissä yksinkertaisuutensa ja edullisuutensa vuoksi, vaikka sen tulevaisuus on epävarma, kun 2G-verkot poistuvat käytöstä.
GPRS
GPRS on 2G-verkon parannus, joka tarjoaa suurempia tiedonsiirtonopeuksia ja jatkuvan Internet-yhteyden.
UMTS
UMTS on synonyymi 3G:lle, ja se tarjoaa GSM:ää suuremman kaistanleveyden ja tehokkuuden, mutta se uhkaa vanhentua, kun operaattorit sammuttavat 3G-verkkoja.
5G
5G lupaa erittäin nopeita tiedonsiirtonopeuksia, mutta se on vielä liian aikainen IoT-käyttöön laitekustannusten ja energiankulutuksen vuoksi.
NB-IoT
NB-IoT on edullinen matkaviestinverkko LPWAN-teknologia, joka tunnetaan pitkästä akunkestosta ja erinomaisesta signaalin läpäisevyydestä, minkä vuoksi se on ihanteellinen IoT-laitteille vaikeasti saavutettavissa olevilla alueilla, kuten maanalaisilla alueilla, sisätiloissa ja maaseudulla. Sen alhainen virrankulutus ja laaja alueellinen kattavuus tuovat yrityksille merkittäviä kustannussäästöjä datan ja laitteiden hallinnassa.
LTE-M
LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) on erittäin tehokas viestintätekniikka, joka tarjoaa alhaisen virrankulutuksen, laajan peittoalueen ja korkean luotettavuuden, mikä tekee siitä ihanteellisen IoT-laitteille. Se tukee laitteita, joiden virrankulutus on pieni, joten ne voivat toimia vuosia yhdellä akun latauksella jopa syrjäisissä ja vaikeapääsyisissä paikoissa. LTE-M tarjoaa turvallisia viestintäkanavia, jotka perustuvat LTE-verkkojen nykyaikaisiin turvallisuusstandardeihin, ja se on kustannustehokas, koska sen infrastruktuuritarpeet ovat minimaaliset. Tämä teknologia soveltuu hyvin erilaisiin sovelluksiin, kuten älykkäisiin kaupunkeihin, logistiikkaan ja teolliseen valmistukseen, mikä parantaa toiminnan tehokkuutta ja mahdollistaa reaaliaikaisen omaisuuserien valvonnan.
NFC (Near Field Communication)
NFC mahdollistaa lähietäisyydellä tapahtuvan yhteydenpidon, mikä helpottaa tap-to-pay- ja muita vastaavia sovelluksia.
PLC (Power Line Communication)
PLC käyttää tiedonsiirtoon olemassa olevia sähkölinjoja ja tarjoaa yksinkertaisen mutta epäluotettavan yhteysratkaisun.
MIoTy
MIoTy käyttää sähkeiden jakamista ja virheenkorjausta tehokkaaseen, laajamittaiseen teolliseen IoT-yhteyteen.
LoRa ja LoRaWAN
LoRa tarjoaa vankan signaalin voimakkuuden ja turvallisuuden, kun taas LoRaWAN yhdistää laitteet verkkoon, ja se soveltuu pienitehoisiin, laajakäyttöisiin IoT-sovelluksiin.
Sigfox
Sigfox tarjoaa pitkän kantaman ja matalan datamäärän tiedonsiirtoa, joka soveltuu yksinkertaisiin IoT-sovelluksiin, mutta jota rajoittaa sen pieni viestikoko.
Neocortec
Neocortecin mesh-verkkoprotokollassa korostuu yksinkertaisuus ja luotettavuus, ja se edellyttää valmistajilta oman infrastruktuurin hallintaa.
Painoton
Weightless, LPWAN-teknologia, tarjoaa tehokkaan, törmäyksettömän tiedonsiirron pitkillä etäisyyksillä, vaikka vain Weightless-P-standardia kehitetään aktiivisesti.
IoT-turvallisuusprotokollat
IPSec (Internet Protocol Security)
IPsec turvaa verkkoviestinnän IP-kerroksessa, ja se soveltuu tehokkaille yhdyskäytäville mutta ei vähäresurssisille IoT-laitteille.
OpenVPN (Open Virtual Private Network)
OpenVPN luo turvallisia VPN-yhteyksiä, jotka ovat välttämättömiä IoT-laitteiden etähuollossa ja vianmäärityksessä.
TLS (Transport Layer Security)
TLS turvaa Internet-viestinnän todentamalla asiakkaat ja palvelimet ja salaamalla tiedonsiirrot ja tukeutumalla varmenneviranomaisiin laitteen aitouden varmistamiseksi.
IoT-yhteyksien käytön aloittaminen
Com4 tarjoaa maailmanlaajuisen IoT-yhteyden monikerroksisella tietoturvalla. IoT-SIM-korttimme muodostavat yhteyden yli 750 verkkoon yli 190 maassa ja tarjoavat joustavia ja skaalautuvia ratkaisuja. Kun tarkastelet sovelluksesi tarvitsemia protokollia ja standardeja, pohdi IoT:n solumahdollisuuksia. IoT-asiantuntijamme keskustelevat mielellään ratkaisusi parhaista vaihtoehdoista.
Jos haluat henkilökohtaista neuvontaa IoT-yhteystarpeissasi, ota yhteyttä asiantuntijoihimme ja selvitä, miten Com4 voi tukea liiketoimintasi kasvua.
