Oftast är det kommunikation som står i centrum för branschens uppmärksamhet. Även om interaktionen mellan enheter, IoT-sensorer, gateways, servrar och användarapplikationer är avgörande för IoT, skulle kommunikationen falla samman utan rätt IoT-protokoll.
Protokollens roll i IoT
Protokoll fungerar som ett delat språk för nätverksenheter som servrar, gateways, routrar, applikationer och anslutna IoT-enheter för att interagera. Ett protokoll beskriver en uppsättning regler som båda parter måste följa för att kommunicera effektivt. Dessa regler dikterar hur deras interaktioner ska se ut, vilka värden och attribut som ska överföras, metoderna för att ta emot och bearbeta data, vilka säkerhetsåtgärder som ska vidtas och mycket mer.
IoT-protokoll är en integrerad del av IoT-teknikstacken. Utan IoT-protokoll och standarder skulle hårdvaran vara värdelös. Detta beror på att IoT-protokoll möjliggör utbyte av data och kommandon mellan olika enheter, vilket gör det möjligt för slutanvändare att extrahera användbar information och interagera med och styra enheter.
Varför är IoT-protokoll viktiga?
IoT-protokoll är avgörande för IoT-systemens funktionalitet och interoperabilitet. De säkerställer att kommunikationen mellan enheterna är standardiserad, tillförlitlig och säker, vilket gör att olika enheter och system kan fungera sömlöst tillsammans. De protokoll du väljer avgör hur komplex din applikation är och hjälper dig att prioritera service- och prestandakvaliteter som hastighet, tydlighet, energibesparing och säkerhet.
Hur många IoT-protokoll finns det?
Kort sagt, väldigt många. IoT är heterogent och involverar olika smarta enheter, protokoll och applikationer. Olika projekt och användningsfall kräver olika enheter och protokoll. Ett IoT-nätverk som samlar in väderdata över ett stort område behöver till exempel många strömsnåla sensorer som prioriterar energieffektivitet framför hastighet eller säkerhet. Omvänt måste ett IoT-system med medicinska sensorer på ambulanser som överför patientdata till sjukhus prioritera hastighet och säkerhet, vilket kräver kraftfullare och säkrare protokoll.
Experter har kategoriserat IoT-arkitekturen i olika lager för att förenkla underhåll och främja interoperabilitet. Ett av de bästa ramverken för att förstå IoT-lager är OSI-modellen (Open Systems Interconnection), som definierar sju lager i en uppifrån och ned-arkitektur.
OSI-modellens lager
-
Fysiskt lager: Består av hårdvara som ethernetkablar och mobilmaster.
-
Datalänkskikt: Korrigerar fel och länkar samman enheter för dataöverföring.
-
Nätverksskikt: Koordinerar dataöverföring och dirigerar paket.
-
Transportskikt: Transporterar datapaket.
-
Sessionsskiktet: Schemalägger kommunikationssessioner mellan enheter.
-
Presentationsskikt: Krypterar och omvandlar data för läsbar presentation i applikationslagret.
-
Applikationsskikt: Omfattar mobil- och webbapplikationer som interagerar med IoT-enheter.
Experter förenklar också IoT-arkitekturen i tre-, fyra- eller femlagersmodeller, som var och en kan jämföras med OSI-konstruktionen. En modell med tre lager omfattar t.ex. applikations-, nätverks-/internet- och perceptions-/avkänningslagren. En fyrlagersmodell lägger till transportlagret och en femlagersmodell innehåller ett affärs-/dataanalyslager för handlingsbara insikter.
Kategorier av IoT-protokoll
-
IoT-tillämpningsprotokoll
-
Branschspecifika IoT-tillämpningsprotokoll
-
IoT-protokoll för konsumentenheter
-
IoT-transportprotokoll
-
IoT-protokoll för nätverksskiktet
-
IoT-protokoll för fysiska lager och datalänklager
-
IoT-säkerhetsprotokoll
Kontakta våra specialister för att få expertråd om hur din IoT-anslutningslösning påverkar protokollvalen.
IoT-applikationsprotokoll
MQTT (transport av telemetri för meddelandeköer)
MQTT är ett lättviktigt kommunikationsprotokoll som är utformat för IoT- och M2M-applikationer, perfekt för avlägsna miljöer eller begränsad bandbredd. Det använder en publicera/prenumerera-arkitektur, där applikationer kan publicera eller prenumerera på ämnen, och en MQTT-broker underlättar informationsöverföringen.
Exempel: En sensor för förebyggande underhåll på en oljerigg upptäcker förändringar i vibrationer och publicerar data via MQTT. MQTT-brokern vidarebefordrar dessa data till en prenumererad applikation och utlöser varningar vid behov.
HTTP (HyperText Transfer Protocol)
HTTP används ofta för webbnavigering och REST-API:er, vilket gör det möjligt för webbutvecklare att skicka data via HTTP POST-förfrågningar. Trots sin anslutningslösa natur och högre datakonsumtion är HTTP lämpligt för användningsfall med färre data- och batteribegränsningar.
WebSocket
WebSocket är ett dubbelriktat kommunikationsprotokoll som möjliggör dataöverföring i realtid med låg latens och minimal overhead, vilket gör det lämpligt för IoT-applikationer som kräver frekventa datautbyten med stora volymer.
AMQP (protokoll för avancerad köhantering av meddelanden)
AMQP är ett protokoll med öppen källkod som är utformat för interoperabilitet mellan system, enheter och applikationer. Det erbjuder fler routingalternativ än MQTT men medför ökad komplexitet och overhead.
CoAP (protokoll för begränsad tillämpning)
CoAP är utformat för nätverk med låg effekt och förluster och kombineras ofta med UDP för ökad effektivitet. Det är lämpligt för applikationer som kommunikation med smarta mätare, där batteribesparing är avgörande.
LwM2M (lättviktig maskin-till-maskin)
LwM2M bygger på CoAP och ger effektiv kommunikation med låg energiförbrukning samt funktioner för enhetshantering och provisionering, med protokoll som UDP, TCP och SMS för datatransport.
XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
XMPP, som bygger på XML, var ursprungligen avsett för snabbmeddelanden men underlättar nu välstrukturerad datakommunikation mellan plattformar, trots att det är mindre optimerat för minnesbegränsade enheter.
DDS (Data Distribution Service)
DDS är ett interoperabelt protokoll i realtid för tillförlitlig, distribuerad bearbetning mellan enheter. Det använder en publicerings- och prenumerationsmekanism med direkt peer-to-peer-datautbyte, som stöds av TCP och UDP.
SMS / SMPP (Peer-to-Peer-protokoll för korta meddelanden)
SMS möjliggör datautbyte över mobila anslutningar och SMPP underlättar programmatisk kommunikation med enheter via tjänsteleverantörernas SMS-center.
USSD (ostrukturerade kompletterande servicedata)
USSD, eller "Feature Codes", hämtar textbaserad data från IoT-enheter utan dataanslutning. Det håller dock på att bli föråldrat i takt med att operatörerna fasar ut 2G- och 3G-nätverken.
SSI-protokollet (Simple Sensor Interface)
SSI möjliggör enkel och strömsnål kommunikation mellan IoT-sensorer och terminaler, men eftersom det inte har uppdaterats sedan 2006 kan det bli föråldrat.
Branschspecifika IoT-tillämpningsprotokoll
OCPP (Open Charge Point Protocol)
OCPP är en öppen standard för laddstationer för elbilar som underlättar kommunikationen med ett centralt system för säkerhet, transaktioner, diagnostik och enhetshantering.
IEC 62056
Denna uppsättning standarder från International Electrotechnical Commission definierar datautbyte för elmätare och syftar till internationell standardisering.
OBD2/CAN-buss
OBD2- och CAN Bus-protokollen definierar kommunikationen mellan fordonssystem och diagnosportar, som vanligen används för att samla in telematikinformation om fordon.
OPC UA
OPC Unified Architecture är ett mångsidigt, interoperabelt protokoll för industriell IoT som underlättar datautbyte mellan anslutna sensorer och molnet.
Trådlös M-buss
Denna europeiska standard är utformad för kommunikation med smarta mätare och har en god inomhuspenetration och ett brett genomslag i Europa trots att den saknar en certifieringsstandard.
IoT-protokoll för konsumentenheter
Viktig
Matter har utvecklats av Google, Apple, Amazon, Samsung SmartThings och Zigbee Alliance och förbättrar kompatibiliteten mellan smarta hem-enheter från olika leverantörer.
Weave
Weave (förvärvat av Google), som ursprungligen utvecklades för Nest-produkter, underlättar IoT-kommunikation över olika nätverkstyper, inklusive Ethernet, Wi-Fi och Bluetooth Low Energy.
Protokoll för Homekit-tillbehör (HAP)
Apples HAP gör det möjligt för tredjepartsenheter att kommunicera med Apple-produkter, vilket gör det möjligt att styra smarta hem-enheter via Apples gränssnitt.
KNX
KNX är en öppen standard för fastighetsautomation som fungerar via olika länkar och härrör från flera europeiska protokoll.
X10
X10 utvecklades 1975 och används fortfarande för fjärrstyrning av hushållsapparater via PLC (Power Line Communication) och RF.
Z-Wave
Z-Wave är ett protokoll för smarta hem som använder mesh-nätverk för att ansluta enheter till en central hubb. Z-Wave har längre räckvidd än Bluetooth och lägre strömförbrukning än Wi-Fi.
IoT-transportprotokoll
UDP (användardatagramprotokoll)
UDP prioriterar hastighet framför tillförlitlighet, vilket gör det idealiskt för tidskänsliga applikationer som videostreaming och VoIP.
TCP (Transmission Control Protocol)
TCP säkerställer korrekt dataleverans och prioriterar tillförlitlighet framför hastighet, vilket är lämpligt för applikationer där dataintegritet är avgörande.
IoT-protokoll i nätverksskiktet
IP (Internetprotokoll)
IP tilldelar adresser till nätverksenheter, vilket möjliggör routing av datapaket över olika nätverk.
IoT-protokoll för det fysiska lagret och datalänklagret
Wi-Fi
Wi-Fi skapar lokala nätverk för anslutning av enheter, men är kanske inte idealiskt för IoT på grund av signalstörningar och högre strömförbrukning.
LTE (Long Term Evolution)
LTE ger höghastighetsdata för multimediaapplikationer men är kostsamt och olämpligt för batteridrivna IoT-enheter. LTE CAT-1 erbjuder ett enklare och billigare alternativ.
GSM
Trots sin ålder används GSM fortfarande i stor utsträckning för IoT på grund av sin enkelhet och prisvärdhet, även om dess framtid är osäker när 2G-näten fasas ut.
GPRS
GPRS är en förbättring av 2G och erbjuder högre datahastigheter och ständig tillgång till Internet.
UMTS
UMTS är synonymt med 3G och ger större bandbredd och effektivitet än GSM, men kommer att bli föråldrat i takt med att operatörerna avvecklar 3G-näten.
5G
5G utlovar ultrasnabba datahastigheter men är fortfarande för tidigt för IoT-användning på grund av enhetskostnader och energiförbrukning.
NB-IoT
NB-IoT är en prisvärd cellulär LPWAN-teknik som är känd för sin långa batteritid och överlägsna signalpenetration, vilket gör den idealisk för IoT-enheter i svåråtkomliga områden som under jord, inomhus och på landsbygden. Dess låga strömförbrukning och breda täckning ger betydande kostnadsbesparingar för företag inom data- och enhetshantering.
LTE-M
LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) är en högeffektiv kommunikationsteknik som ger låg energiförbrukning, bred täckning och hög tillförlitlighet, vilket gör den idealisk för IoT-enheter. Den stöder enheter med låga strömkrav, vilket gör att de kan fungera i flera år på en enda batteriladdning, även på avlägsna och svåråtkomliga platser. LTE-M ger säkra kommunikationskanaler som bygger på de moderna säkerhetsstandarderna i LTE-nätverken och är kostnadseffektivt tack vare de minimala infrastrukturbehoven. Tekniken är väl lämpad för olika tillämpningar, t.ex. smarta städer, logistik och industriell tillverkning, vilket förbättrar den operativa effektiviteten och möjliggör övervakning av tillgångar i realtid.
NFC (Near Field Communication)
NFC möjliggör anslutning på nära håll, vilket underlättar "tap-to-pay" och liknande applikationer.
PLC (Power Line Communication)
PLC använder befintliga kraftledningar för dataöverföring och erbjuder en enkel men opålitlig lösning för uppkoppling.
MIoTy
MIoTy använder telegramsplittring och felkorrigering för effektiv, storskalig industriell IoT-anslutning.
LoRa och LoRaWAN
LoRa ger robust signalstyrka och säkerhet, medan LoRaWAN ansluter enheter till ett nätverk, vilket är lämpligt för IoT-applikationer med låg effekt och stor räckvidd.
Sigfox
Sigfox erbjuder kommunikation med lång räckvidd och låg datahastighet, vilket lämpar sig för enkla IoT-applikationer men begränsas av den lilla meddelandestorleken.
Neocortec
Neocortecs mesh-nätverksprotokoll betonar enkelhet och tillförlitlighet och kräver att tillverkarna hanterar sin egen infrastruktur.
Viktlös
Weightless, en LPWAN-teknik, erbjuder effektiv, kollisionsfri dataöverföring över långa avstånd, men det är bara Weightless-P-standarden som utvecklas aktivt.
Säkerhetsprotokoll för IoT
IPSec (säkerhet för internetprotokoll)
IPsec säkrar nätverkskommunikation på IP-lagret, vilket passar för kraftfulla gateways men inte för IoT-enheter med små resurser.
OpenVPN (öppet virtuellt privat nätverk)
OpenVPN skapar säkra VPN:er, vilket är viktigt för fjärrunderhåll och felsökning av IoT-enheter.
TLS (säkerhet i transportlagret)
TLS säkrar internetkommunikation genom att autentisera klienter och servrar och kryptera dataöverföringar, och förlitar sig på certifikatmyndigheter för enhetsautentisering.
Kom igång med IoT-anslutning
Com4 erbjuder global IoT-anslutning med säkerhet i flera lager. Våra IoT SIM-kort kan anslutas till över 750 nätverk i mer än 190 länder, vilket ger flexibla och skalbara lösningar. När du undersöker vilka protokoll och standarder din applikation behöver kan du fundera på möjligheterna med mobil IoT. Våra IoT-experter hjälper dig gärna att gå igenom de bästa alternativen för din lösning.
För personlig rådgivning om dina IoT-anslutningsbehov, kontakta våra experter och upptäck hur Com4 kan stödja din affärsutveckling.
