โปรโตคอล IoT และสถาปัตยกรรม

ตอนนี้ทุกที่ที่เราได้ยินคำว่า IoT จริงๆแล้วมันคืออะไรทำงานอย่างไรและทำให้ชีวิตประจำวันของเราง่ายขึ้นอย่างไรเราจะพูดถึงในบทความนี้ เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของ IoT อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายตัวที่ติดตั้งที่อยู่ IP เฉพาะและสื่อสารกันทางอินเทอร์เน็ตเรียกว่า อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) . เราสามารถกำหนด IoT ได้หลายวิธี แต่สุดท้ายในเทคโนโลยีนี้เราสามารถควบคุมจำนวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผ่านอุปกรณ์เดียวได้ด้วยความช่วยเหลือของอินเทอร์เน็ต ที่นี่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในเทคโนโลยี IoT ควรมีเซ็นเซอร์และควรตรวจจับสัญญาณผ่านทางไฟฟ้าและทำงานตามนั้น และข้อมูลที่รับรู้จะถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์อื่นผ่านอินเทอร์เน็ต IoT จะทำให้ชีวิตของเราเรียบง่ายและแม่นยำ ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้มีโอกาสในการทำงานมากมายและยังคงมีการพัฒนาอีกมากมาย ตัวอย่างสำหรับอุปกรณ์ IoT เช่นสมาร์ทวอทช์ลำโพงอัจฉริยะสมาร์ททีวีอุปกรณ์ Amazon Alexa อุปกรณ์ Google Home คืออุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตซึ่งอยู่ภายใต้ตัวอย่างของ IoT บทความนี้กล่าวถึง IoT คืออะไร , โปรโตคอล IoT และสถาปัตยกรรม

IoT Protocols คืออะไร?

ตอนนี้คำถามที่น่าสนใจมาถึงแล้วว่าอุปกรณ์เหล่านี้สื่อสารกันใน IoT ได้อย่างไร? และ IoT ทำงานอย่างไร? มนุษย์เราสามารถสื่อสารกันได้อย่างไรเช่นเดียวกับอุปกรณ์เหล่านี้ที่สามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อื่น ๆ ผ่านโปรโตคอลซึ่งเรียกว่าโปรโตคอล IoT โปรโตคอลถูกกำหนดเป็นชุดของกฎและแนวทางการควบคุมที่มีวิธีตอบสนองต่อคำสั่งจากอุปกรณ์อื่น โปรโตคอลเหล่านี้มีความสำคัญมากในขณะที่อยู่ในอุปกรณ์สื่อสาร โปรโตคอลที่ใช้งานทั่วไป เช่น CDMA, WAP และอื่น ๆ ไม่เหมาะสำหรับสิ่งนี้โดยเฉพาะ เทคโนโลยี IoT . เทคโนโลยีนี้ต้องการโปรโตคอลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

รายการโปรโตคอล IoT เฉพาะบางรายการ

• MQTT - โปรโตคอลการขนส่งทางโทรมาตรคิวข้อความ
• DDS - บริการกระจายข้อมูล
• AMQP - โปรโตคอลการจัดคิวข้อความขั้นสูง
• CoAP - โปรโตคอลแอปพลิเคชันที่ จำกัด

ตอนนี้เรามาดูรายละเอียดกัน ภาพรวมโปรโตคอล IoT

1). โปรโตคอลการขนส่งทางไกลของคิวข้อความ

การสื่อสารระหว่างเครื่องกับเครื่องสามารถใช้ MQTT นี้ได้ ได้รับการพัฒนาโดย IBM โปรโตคอลการขนส่งทางไกลของคิวข้อความคือโปรโตคอลการส่งข้อความ โปรโตคอลนี้รวบรวมข้อมูลจากอุปกรณ์และส่งต่อไปยังเครือข่าย ดังนั้นการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์และเครือข่ายสามารถทำได้โดยโปรโตคอลนี้ เป็นโปรโตคอลง่ายๆที่ส่งข้อมูลจากเซ็นเซอร์ไปยังอุปกรณ์แล้วส่งต่อ เครือข่าย . นี่คือโปรโตคอลอันดับต้น ๆ ของโมเดลอ้างอิงโปรโตคอล TCP / IP องค์ประกอบทั้งสามใน MQTT โปรโตคอลใน IoT . พวกเขาเป็นสมาชิกผู้เผยแพร่และตัวแทนจำหน่าย / นายหน้า ข้อมูลสามารถเปลี่ยนแปลงระหว่างผู้สมัครสมาชิกและผู้เผยแพร่ ตัวแทนจำหน่าย / นายหน้าช่วยให้สามารถเชื่อมต่อความปลอดภัยระหว่างสมาชิกและผู้เผยแพร่ MQTT ทำงานบนโมเดล TCP / IP เนื่องจากโปรโตคอล MQTT นี้ไม่สามารถใช้กับแอปพลิเคชัน IoT ทุกประเภทได้

mqtt- โปรโตคอล

2). โปรโตคอลการจัดคิวข้อความขั้นสูง (AMQP)

การจัดคิวข้อความขั้นสูงนี้เป็นโปรโตคอลที่เหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมมิดเดิลแวร์ที่เน้นข้อความ พัฒนาโดย John Hara จาก JP Morgan Chase, London นี้ โปรโตคอลการสื่อสาร IoT ประโยชน์สำหรับการแลกเปลี่ยนข้อความที่เชื่อถือได้สามารถทำได้ด้วย AMQP นี้

ผู้เผยแพร่สามารถสื่อสารกับสมาชิกผ่านผู้ให้บริการ AMQP ข้อความจากผู้เผยแพร่สามารถจัดเก็บไว้ในผู้ให้บริการของ AMQP และตามคิวข้อความและคำสั่งซื้อข้อความเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังสมาชิกที่เกี่ยวข้องโดยมีสายระบบความปลอดภัยที่เหมาะสม AMQP มีความสามารถสามประการดังต่อไปนี้ซึ่งทำให้เชื่อถือได้และปลอดภัยยิ่งขึ้น โปรโตคอลนี้มีห่วงโซ่การประมวลผลด้านล่าง

amqp- โปรโตคอล

แลกเปลี่ยน: รับข้อความจากผู้เผยแพร่และขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญที่ส่งต่อไปยังคิวข้อความ

คิวข้อความ: เก็บข้อความจนกว่าจะได้รับการประมวลผลอย่างถูกต้องด้วยซอฟต์แวร์ไคลเอ็นต์

ผูกพัน: การเชื่อมต่อระหว่างการแลกเปลี่ยนและคิวข้อความจะระบุโดยคอมโพเนนต์การผูกนี้

3). บริการกระจายข้อมูล (DDS)

โปรโตคอลนี้เป็นมาตรฐาน IoT ซึ่งพัฒนาโดย Object Management Group (OMG) DDS นี้สามารถใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ใช้พื้นที่น้อยและในระบบคลาวด์ นี่คือโปรโตคอลมิดเดิลแวร์ (อยู่ระหว่าง ระบบปฏิบัติการ และแอปพลิเคชัน) และ API (Application Programming Interface) ซึ่งเปิดใช้งานการเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ สถาปัตยกรรมนี้เหมาะที่สุดสำหรับการใช้งาน IoT ซอฟต์แวร์โปรโตคอลนี้เหมาะที่สุดสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลและการรวมข้อมูลอย่างรวดเร็วในระบบ IoT อันนี้รองรับซอฟต์แวร์หลัก ๆ ภาษาโปรแกรม . การสื่อสารที่ปรับขนาดได้เรียลไทม์และเชื่อถือได้สามารถทำได้ด้วยข้อมูลนี้ การกระจาย บริการ (ท.บ. ).

dds- โปรโตคอล

มาตรฐาน ท.บ. นี้มีสองชั้น พวกเขาคือ:

• การสมัครรับข้อมูลเผยแพร่โดยใช้ข้อมูลเป็นศูนย์กลาง (DCPS)
• Data Local Reconstruction Layer (DLRL)

เลเยอร์ DCPS ให้ข้อมูลแก่สมาชิกทุกคนในขณะที่ DLRL ให้อินเทอร์เฟซสำหรับฟังก์ชันการทำงานของ DCPS

4). แอปพลิเคชันโปรโตคอลที่ จำกัด (CoAP)

โปรโตคอลนี้เป็นโปรโตคอลยูทิลิตี้อินเทอร์เน็ตสำหรับอุปกรณ์ IoT (จำกัด ) เพียงไม่กี่รายการ มีประโยชน์ในแอปพลิเคชัน IoT ส่วนใหญ่ ในขั้นต้น CoAP ใช้ในการสื่อสารระหว่างเครื่องจักรกับเครื่องจักร CoAP เป็นโปรโตคอลทางเลือกสำหรับ HTTP โปรโตคอลนี้มีเทคนิครูปแบบข้อมูลการแลกเปลี่ยน XML ที่มีประสิทธิภาพ เป็นเทคนิคที่แตกต่างกันของรูปแบบข้อมูลไบนารีซึ่งเป็นที่นิยมมากกว่าในแง่ของพื้นที่ ซึ่งอาจดีกว่าไฟล์ HTML / XML แบบข้อความธรรมดา CoAP มีข้อความสี่ประเภทที่แตกต่างกัน ไม่สามารถยืนยันยืนยันรีเซ็ตและรับทราบได้ สำหรับการส่งที่เชื่อถือได้และปลอดภัยผ่านข้อความที่ยืนยันได้ UDP จะถูกใช้และการตอบกลับอาจอยู่ในรูปแบบของการรับทราบ CoAP เป็นโปรโตคอลที่มีน้ำหนักเบามากและใช้ DTLS (Datagram Transport Layer Security) เพื่อเพิ่มความปลอดภัยและการสื่อสารที่เชื่อถือได้

นี่คือโปรโตคอลที่สำคัญของโปรโตคอล Internet of Things หรือโปรโตคอล IoT

สถาปัตยกรรมโปรโตคอล IoT

ประเด็นที่น่าสนใจที่สุดคือ IoT ไม่มีสถาปัตยกรรมใด ๆ โดยเฉพาะ นักวิจัยได้เสนอสถาปัตยกรรม IoT ที่แตกต่างกัน แต่ในสถาปัตยกรรมที่เสนอส่วนใหญ่สถาปัตยกรรมสามชั้นและสถาปัตยกรรมห้าชั้น

สถาปัตยกรรม IoT สามชั้น

นี้ สถาปัตยกรรม เปิดตัวในช่วงแรก ๆ ของการวิจัยเทคโนโลยี IoT สามชั้นอยู่ในสถาปัตยกรรม IoT สำหรับ

สถาปัตยกรรม 3 ชั้น iot

ชั้นแอปพลิเคชัน: เลเยอร์นี้คือการส่งมอบแอปพลิเคชันเฉพาะให้กับผู้ใช้ปลายทาง แอปพลิเคชันเฉพาะสามารถทำได้ด้วยเลเยอร์แอปพลิเคชันนี้ ตัวอย่างของเลเยอร์นี้เช่นสมาร์ทวอทช์สมาร์ทโฟนสมาร์ททีวี ฯลฯ ซึ่งใช้สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ

เลเยอร์เครือข่าย: เลเยอร์เครือข่ายมีบทบาทสำคัญในสถาปัตยกรรม IoT เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อัจฉริยะอื่น ๆ (smartwatches เซิร์ฟเวอร์ ฯลฯ ) เลเยอร์เครือข่ายมีไว้สำหรับส่งและประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์

ชั้นการรับรู้: เป็นชั้นทางกายภาพและรวบรวมข้อมูลโดยรอบโดยการตรวจจับพื้นที่ด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์

สถาปัตยกรรม IoT ห้าชั้น

สถาปัตยกรรมอื่นซึ่งเป็นสถาปัตยกรรม IoT ห้าชั้นเสนอโดยนักวิจัยที่ทำงานบน IoT ในสถาปัตยกรรม IoT ห้าชั้นสามชั้นซึ่ง ได้แก่ แอปพลิเคชันเครือข่ายและเลเยอร์การรับรู้จะมีสถาปัตยกรรมเดียวกันเช่นสถาปัตยกรรม IoT สามชั้น นอกจากนี้ชั้นธุรกิจชั้นขนส่งและชั้นการประมวลผลเป็นชั้นใหม่

สถาปัตยกรรม 5 ชั้น iot

ชั้นการขนส่ง: เลเยอร์นี้จะส่งต่อข้อมูลจากเลเยอร์การประมวลผลไปยังเลเยอร์การรับรู้และในทางกลับกันผ่านเครือข่ายไร้สายเช่น LAN, 3G และ บลูทู ธ ฯลฯ

ชั้นการประมวลผล: มันอยู่ตรงกลางของสถาปัตยกรรม IoT มีบทบาทสำคัญในสถาปัตยกรรม IoT ห้าชั้นนี้ เลเยอร์นี้เก็บข้อมูลและประมวลผลข้อมูลซึ่งมาจากเลเยอร์การขนส่ง เลเยอร์การประมวลผลนี้สามารถใช้เทคโนโลยีล่าสุดเช่นข้อมูลขนาดใหญ่ DBMS และคลาวด์คอมพิวติ้งเป็นต้น

ชั้นธุรกิจ: เลเยอร์นี้เป็นส่วนหัวของสถาปัตยกรรม IoT จัดการระบบ IoT ที่สมบูรณ์แม้กระทั่งแอปพลิเคชันความเป็นส่วนตัวของผู้ใช้รูปแบบผลกำไร ฯลฯ

บ้านอัจฉริยะประกอบด้วยอุปกรณ์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายและสื่อสารกับอินเทอร์เน็ต เพื่อพัฒนาระบบอัจฉริยะเช่นห้าชั้นนี้ สแต็คโปรโตคอล IoT เป็นสิ่งที่ดีที่สุด

แนวคิดนี้มีน้ำหนักมากขึ้นในพื้นที่วิจัย และมีการเปลี่ยนแปลงมากมายเกิดขึ้น เทคโนโลยี IoT วันต่อวัน. เราสามารถค้นคว้าเพิ่มเติมเกี่ยวกับโปรโตคอลและสถาปัตยกรรม IoT นี้ได้ ในที่นี้เราได้กล่าวถึงโปรโตคอล IoT ที่สำคัญบางส่วนเท่านั้น และโปรโตคอลปกติไม่กี่อย่างเช่น Bluetooth, WiFi, ZigBee , NFC, Cellular, WAN ระยะยาวและ อาร์เอฟไอดี จะไม่กล่าวถึงที่นี่ คุณสามารถรับข้อมูลเพิ่มเติมจากข้อมูลเหล่านี้ในพอร์ทัลโรคเรื้อนของเรา