Najczęściej branża skupia swoją uwagę na komunikacji. Podczas gdy interakcja między urządzeniami, czujnikami IoT, bramami, serwerami i aplikacjami użytkownika jest niezbędna dla IoT, komunikacja upadłaby bez odpowiednich protokołów IoT.
Rola protokołów w IoT
Protokoły służą jako wspólny język dla podmiotów sieciowych, takich jak serwery, bramy, routery, aplikacje i podłączone urządzenia IoT do interakcji. Protokół określa zestaw reguł, których obie strony muszą przestrzegać, aby skutecznie się komunikować. Zasady te dyktują charakter ich interakcji, przesyłane wartości i atrybuty, metody odbierania i przetwarzania danych, stosowane środki bezpieczeństwa i nie tylko.
Protokoły IoT są integralną częścią stosu technologii IoT. Bez protokołów i standardów IoT sprzęt byłby bezużyteczny. Wynika to z faktu, że protokoły IoT umożliwiają wymianę danych i poleceń między różnymi urządzeniami, umożliwiając użytkownikom końcowym wydobywanie przydatnych informacji oraz interakcję z urządzeniami i sterowanie nimi.
Dlaczego protokoły IoT są ważne?
Protokoły IoT mają kluczowe znaczenie dla funkcjonalności i interoperacyjności systemów IoT. Zapewniają one standaryzację, niezawodność i bezpieczeństwo komunikacji między urządzeniami, umożliwiając płynną współpracę różnych urządzeń i systemów. Wybrane protokoły określają złożoność aplikacji i pomagają nadać priorytet jakości usług i wydajności, takim jak szybkość, przejrzystość, oszczędność energii i bezpieczeństwo.
Ile jest protokołów IoT?
Krótko mówiąc, bardzo wiele. IoT jest heterogeniczny, obejmując różne inteligentne urządzenia, protokoły i aplikacje. Różne projekty i przypadki użycia wymagają różnych urządzeń i protokołów. Przykładowo, sieć IoT zbierająca dane pogodowe na dużym obszarze wymaga wielu czujników o niskim poborze mocy, przedkładając efektywność energetyczną nad szybkość czy bezpieczeństwo. I odwrotnie, system IoT z czujnikami medycznymi w karetkach pogotowia przesyłającymi dane pacjentów do szpitali musi priorytetowo traktować szybkość i bezpieczeństwo, wymagając bardziej wydajnych i bezpiecznych protokołów.
Eksperci podzielili architekturę IoT na różne warstwy, aby uprościć konserwację i promować interoperacyjność. Jedną z najlepszych ram dla zrozumienia warstw IoT jest model Open Systems Interconnection (OSI), który definiuje siedem warstw w architekturze top-down.
Warstwy modelu OSI
-
Warstwa fizyczna: Składa się ze sprzętu, takiego jak kable ethernetowe i wieże komórkowe.
-
Warstwa łącza danych: Koryguje błędy i łączy urządzenia w celu przesyłania danych.
-
Warstwa sieciowa: Koordynuje transfer danych i trasuje pakiety.
-
Warstwa transportowa: Transportuje pakiety danych.
-
Warstwa sesji: Planuje sesje komunikacyjne między urządzeniami.
-
Warstwa prezentacji: Szyfruje i przekształca dane do czytelnej prezentacji w warstwie aplikacji.
-
Warstwa aplikacji: Obejmuje aplikacje mobilne i internetowe wchodzące w interakcje z urządzeniami IoT.
Eksperci upraszczają również architekturę IoT do modeli trzy-, cztero- lub pięciowarstwowych, z których każdy jest porównywalny z konstrukcją OSI. Przykładowo, model trójwarstwowy obejmuje warstwę aplikacji, sieci/internetu i percepcji/czujników. Model czterowarstwowy dodaje warstwę transportową, a model pięciowarstwowy obejmuje warstwę biznesową/analizy danych w celu uzyskania przydatnych informacji.
Kategorie protokołów IoT
-
Protokoły aplikacji IoT
-
Specyficzne dla branży protokoły aplikacji IoT
-
Protokoły IoT dla urządzeń konsumenckich
-
Protokoły transportowe IoT
-
Protokoły IoT warstwy sieciowej
-
Protokoły IoT warstwy fizycznej i warstwy łącza danych
-
Protokoły bezpieczeństwa IoT
Aby uzyskać fachową poradę na temat tego, w jaki sposób rozwiązanie łączności IoT wpływa na wybór protokołu, skonsultuj się z naszymi specjalistami.
Protokoły aplikacji IoT
MQTT (Message Queueing Telemetry Transport)
MQTT to lekki protokół komunikacyjny przeznaczony dla aplikacji IoT i M2M, idealny do zdalnych środowisk lub ograniczonej przepustowości. Wykorzystuje architekturę publikuj/subskrybuj, w której aplikacje mogą publikować lub subskrybować tematy, a broker MQTT ułatwia przesyłanie informacji.
Przykład: Czujnik konserwacji predykcyjnej na platformie wiertniczej wykrywa zmiany w wibracjach i publikuje dane za pośrednictwem MQTT. Broker MQTT przekazuje te dane do subskrybowanej aplikacji, wyzwalając w razie potrzeby alerty.
HTTP (HyperText Transfer Protocol)
Protokół HTTP jest szeroko stosowany do nawigacji internetowej i interfejsów REST-API, umożliwiając twórcom stron internetowych wysyłanie danych za pośrednictwem żądań HTTP POST. Pomimo swojej bezpołączeniowej natury i wyższego zużycia danych, HTTP nadaje się do przypadków użycia z mniejszą ilością danych i ograniczeniami baterii.
WebSocket
WebSocket to dwukierunkowy protokół komunikacyjny, który umożliwia transmisję danych w czasie rzeczywistym z niskim opóźnieniem i minimalnym narzutem, dzięki czemu nadaje się do aplikacji IoT wymagających częstej wymiany danych o dużej objętości.
AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)
AMQP to protokół typu open-source zaprojektowany z myślą o interoperacyjności między systemami, urządzeniami i aplikacjami. Oferuje więcej opcji routingu niż MQTT, ale wiąże się ze zwiększoną złożonością i narzutem.
CoAP (Constrained Application Protocol)
Protokół CoAP został zaprojektowany z myślą o sieciach o niskim poborze mocy i niskiej stratności i jest często łączony z protokołem UDP w celu zwiększenia wydajności. Nadaje się do zastosowań takich jak komunikacja z inteligentnymi licznikami, gdzie oszczędność baterii ma kluczowe znaczenie.
LwM2M (Lightweight Machine-to-Machine)
Opierając się na CoAP, LwM2M zapewnia wydajną komunikację o niskim poborze mocy wraz z funkcjami zarządzania urządzeniami i udostępniania, wykorzystując protokoły takie jak UDP, TCP i SMS do transportu danych.
XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
XMPP, zbudowany na XML, początkowo służył do przesyłania wiadomości błyskawicznych, ale obecnie ułatwia dobrze zorganizowaną komunikację danych między platformami, mimo że jest mniej zoptymalizowany pod kątem urządzeń z ograniczoną pamięcią.
DDS (Data Distribution Service)
DDS to interoperacyjny protokół czasu rzeczywistego do niezawodnego, rozproszonego przetwarzania między urządzeniami. Wykorzystuje mechanizm publikowania/subskrybowania z bezpośrednią wymianą danych peer-to-peer, obsługiwany przez TCP i UDP.
SMS / SMPP (Short Message Peer-to-Peer Protocol)
SMS umożliwia wymianę danych za pośrednictwem połączeń komórkowych, a SMPP ułatwia programową komunikację z urządzeniami za pośrednictwem centrów SMS dostawców usług.
USSD (Unstructured Supplementary Service Data)
USSD, czyli "kody funkcji", pobierają dane tekstowe z urządzeń IoT bez połączenia danych. Staje się on jednak przestarzały, ponieważ operatorzy wycofują sieci 2G i 3G.
Protokół SSI (Simple Sensor Interface)
SSI umożliwia prostą komunikację o niskim poborze mocy między czujnikami IoT a terminalami, ale brak aktualizacji od 2006 roku może sprawić, że stanie się on przestarzały.
Specyficzne dla branży protokoły aplikacji IoT
OCPP (Open Charge Point Protocol)
OCPP to otwarty standard dla stacji ładowania pojazdów elektrycznych, ułatwiający komunikację z centralnym systemem bezpieczeństwa, transakcji, diagnostyki i zarządzania urządzeniami.
IEC 62056
Ten zestaw standardów Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej definiuje wymianę danych dla liczników energii elektrycznej, mając na celu międzynarodową standaryzację.
OBD2/CAN Bus
Protokoły OBD2 i CAN Bus definiują komunikację między systemami pojazdu a portami diagnostycznymi, powszechnie używanymi do przechwytywania informacji telematycznych pojazdu.
OPC UA
OPC Unified Architecture to wszechstronny, interoperacyjny protokół dla przemysłowego IoT, ułatwiający wymianę danych między podłączonymi czujnikami a chmurą.
Bezprzewodowa magistrala M
Ten europejski standard jest przeznaczony do komunikacji z inteligentnymi licznikami, oferując dobrą penetrację wewnątrz budynków i szerokie zastosowanie w Europie pomimo braku standardu certyfikacji.
Protokoły IoT dla urządzeń konsumenckich
Materia
Opracowany przez Google, Apple, Amazon, Samsung SmartThings i Zigbee Alliance, Matter zwiększa kompatybilność między inteligentnymi urządzeniami domowymi różnych producentów.
Weave
Początkowo dla produktów Nest, Weave (przejęty przez Google) ułatwia komunikację IoT w różnych typach sieci, w tym Ethernet, Wi-Fi i Bluetooth Low Energy.
Protokół akcesoriów Homekit (HAP)
HAP firmy Apple umożliwia urządzeniom innych firm komunikację z produktami Apple, pozwalając na sterowanie inteligentnymi urządzeniami domowymi za pośrednictwem interfejsów Apple.
KNX
Otwarty standard automatyki budynkowej, KNX działa na różnych łączach i wywodzi się z kilku europejskich protokołów.
X10
Opracowany w 1975 roku, X10 pozostaje w użyciu do zdalnego sterowania urządzeniami domowymi za pośrednictwem Power Line Communication (PLC) i RF.
Z-Wave
Protokół inteligentnego domu wykorzystujący sieć mesh do łączenia urządzeń z centralnym koncentratorem, Z-Wave oferuje większy zasięg niż Bluetooth i niższe zużycie energii niż Wi-Fi.
Protokoły transportowe IoT
UDP (User Datagram Protocol)
UDP przedkłada szybkość nad niezawodność, dzięki czemu idealnie nadaje się do aplikacji wrażliwych na czas, takich jak strumieniowanie wideo i VoIP.
TCP (Transmission Control Protocol)
Protokół TCP zapewnia dokładne dostarczanie danych, przedkładając niezawodność nad szybkość, dzięki czemu nadaje się do zastosowań, w których integralność danych ma kluczowe znaczenie.
Protokoły IoT warstwy sieciowej
IP (Internet Protocol)
IP przypisuje adresy do jednostek sieciowych, umożliwiając routing pakietów danych w różnych sieciach.
Protokoły IoT warstwy fizycznej i warstwy łącza danych
Wi-Fi
Wi-Fi tworzy sieci lokalne do łączenia urządzeń, ale może nie być idealnym rozwiązaniem dla IoT ze względu na zakłócenia sygnału i wyższe zużycie energii.
LTE (Long Term Evolution)
LTE zapewnia szybką transmisję danych dla aplikacji multimedialnych, ale jest kosztowne i nieodpowiednie dla urządzeń IoT zasilanych bateryjnie. LTE CAT-1 oferuje prostszą i tańszą alternatywę.
GSM
Pomimo swojego wieku, GSM pozostaje szeroko stosowany w IoT ze względu na swoją prostotę i przystępną cenę, choć jego przyszłość jest niepewna w miarę wycofywania sieci 2G.
GPRS
Rozszerzenie 2G, GPRS oferuje wyższe prędkości transmisji danych i stały dostęp do Internetu.
UMTS
UMTS, będący synonimem 3G, zapewnia większą przepustowość i wydajność niż GSM, ale stoi w obliczu starzenia się w miarę wycofywania sieci 3G przez operatorów.
5G
5G obiecuje ultraszybkie prędkości transmisji danych, ale jest jeszcze wcześnie na wykorzystanie w IoT ze względu na koszty urządzeń i zużycie energii.
NB-IoT
NB-IoT to przystępna cenowo technologia komórkowa LPWAN znana z długiej żywotności baterii i doskonałej penetracji sygnału, dzięki czemu idealnie nadaje się do urządzeń IoT w trudno dostępnych obszarach, takich jak podziemia, wnętrza i obszary wiejskie. Niskie zużycie energii i szeroki zasięg skutkują znacznymi oszczędnościami kosztów dla firm w zakresie zarządzania danymi i urządzeniami.
LTE-M
LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) to wysoce wydajna technologia komunikacyjna, która oferuje niskie zużycie energii, szeroki zasięg i wysoką niezawodność, co czyni ją idealną dla urządzeń IoT. Obsługuje urządzenia o niskim zapotrzebowaniu na energię, umożliwiając im działanie przez lata na jednym ładowaniu baterii, nawet w odległych i trudno dostępnych lokalizacjach. LTE-M zapewnia bezpieczne kanały komunikacji, opierając się na nowoczesnych standardach bezpieczeństwa sieci LTE i jest opłacalny ze względu na minimalne zapotrzebowanie na infrastrukturę. Technologia ta doskonale nadaje się do różnych zastosowań, w tym inteligentnych miast, logistyki i produkcji przemysłowej, zwiększając wydajność operacyjną i umożliwiając monitorowanie zasobów w czasie rzeczywistym.
NFC (Near Field Communication)
NFC umożliwia łączność bliskiego zasięgu, ułatwiając płacenie za pomocą dotknięcia i podobne aplikacje.
PLC (Power Line Communication)
PLC wykorzystuje istniejące linie energetyczne do transmisji danych, oferując proste, ale zawodne rozwiązanie łączności.
MIoTy
MIoTy wykorzystuje podział telegramów i korekcję błędów do wydajnej, przemysłowej łączności IoT na dużą skalę.
LoRa i LoRaWAN
LoRa zapewnia solidną siłę sygnału i bezpieczeństwo, podczas gdy LoRaWAN łączy urządzenia z siecią, odpowiednią dla aplikacji IoT o niskim poborze mocy i rozległym obszarze.
Sigfox
Sigfox oferuje komunikację dalekiego zasięgu, o niskiej ilości danych, odpowiednią dla prostych aplikacji IoT, ale ograniczoną przez niewielki rozmiar wiadomości.
Neocortec
Protokół sieci kratowej Neocortec kładzie nacisk na prostotę i niezawodność, wymagając od producentów zarządzania własną infrastrukturą.
Weightless
Weightless, technologia LPWAN, oferuje wydajną, bezkolizyjną transmisję danych na duże odległości, choć aktywnie rozwijany jest tylko standard Weightless-P.
Protokoły bezpieczeństwa IoT
IPSec (Internet Protocol Security)
IPsec zabezpiecza komunikację sieciową w warstwie IP, jest odpowiedni dla potężnych bram, ale nie dla urządzeń IoT o niskich zasobach.
OpenVPN (Open Virtual Private Network)
OpenVPN tworzy bezpieczne sieci VPN, niezbędne do zdalnej konserwacji i rozwiązywania problemów z urządzeniami IoT.
TLS (Transport Layer Security)
TLS zabezpiecza komunikację internetową poprzez uwierzytelnianie klientów i serwerów oraz szyfrowanie transmisji danych, polegając na urzędach certyfikacji w celu uwierzytelnienia urządzeń.
Pierwsze kroki z łącznością IoT
Com4 oferuje globalną łączność IoT z wielowarstwowymi zabezpieczeniami. Nasze karty IoT SIM łączą się z ponad 750 sieciami w ponad 190 krajach, zapewniając elastyczne, skalowalne rozwiązania. Analizując protokoły i standardy, których potrzebuje Twoja aplikacja, rozważ możliwości komórkowego IoT. Nasi eksperci IoT z przyjemnością omówią najlepsze opcje dla danego rozwiązania.
Aby uzyskać spersonalizowane porady dotyczące potrzeb w zakresie łączności IoT, skontaktuj się z naszymi ekspertami i dowiedz się, w jaki sposób Com4 może wspierać rozwój Twojej firmy.
