img

پروتکل های ارتباطی برای اینترنت اشیاء

/
/
/

در هر روز، دستگاه‌های بیشتری به اینترنت متصل می‌شوند و میلیون‌ها دستگاه با یکدیگر و با سرور ارتباط برقرار می‌کنند و نیاز به پروتکل ارتباط ضروری است. MQTT،CoAP و بلوتوث برخی از پروتکل‌های ارتباط بررسی شده در این مقاله هستند.
در ساال ۲۰۰۸، تعداد دستگاه‌های در حال کار از تعداد انسان‌های متصل به اینترنت بیش تر شد. تخمین شده می‌شود که تا سال ۲۰۲۵، بیش از ۵۰ میلیون به اینترنت متصل شوند و ۱۱ تریلوین دلار آمریکا درآمد تولید کنند. عبارت اینترنت اشیاء برای اولین بار در سال ۱۹۹۹ ابداع شد، اما در سال‌های اخیر به واقعیت تبدیل شده است. همان طور که مشاهده می‌کنید، بازار مصرف کالاهای الکترونیک از لامپ‌های هوشمند و LED و راه حل‌های خودکار سازی منازل و وسایل نقلیه هوشمند پر شده است. در همین حین، بخش تفریحی خودت انجام اش بده (DIY) به دنبال Soc ( سیستم‌ها در تراشه) کم مصرف و با عملکرد بالا است و وای فای‌های تعبیه شده در دستگاه ها، LoRa ( دامنه بلند و) یا ویژگی‌های ارتباط بلوتوث است.
قیمت‌های تراشه‌های رادیویی امروزه به پونزده هزار تومان هم رسیده است و هزاران محصول جدید وجود دارد که تصور آن‌ها قبلا ممکن نبود. برخی از این حصولات را در نمایشگاه کالاهای الکترونیک (CES) امسال، کنفرانس جهانی موبایل و لاس و گاس (MWC)، بارسلونا مشاهده کردیم: محصولاتی مانند مسواک‌های هوشمند که عادت استفاده شما را از خود را یاد می‌گیرد، پهپاد هایی برای اتصال و ضبط تصاویر در هنگام قایق سواری یا به روز رسانی ساده در هوا (OTA) می‌توانند ماشین شما را به یک وسلیه نقلیه بدون راننده تبدیل کنند. با پشتیبانی‌های اینترنت اشیاء و هوش مصنوعی امکانات نامحدود است.
شروع کار با اینترنت اشیاء
اینرنت اشیاء رشد سریعی داشت و همه در رشد و توسعه آن نقش داشتند. به طور کلی از سه بخش تشکیل شده است :
۱- سخت افزار: این همان شی در اینترنت اشیاء است و معمولا از ریز کنترل گر و فعال کننده‌های سنسوری سفت افزار استفاده می‌کند که مسئولیت نحوه کار را برعهده دارد. برای مثال می‌توان به ردیابی هوشمند سلامت یا ریز کنترل گر ARM Cortex M4 و واحد اندازه گیری داخلی ( شتاب سنج و ژیروسکوپ) اشاره کرد که داده‌ها را از طریق بلوتوث به گوشی هوشمند شما ارسال می‌کند.
۲- نرم افزار: سفت افزار اجرا شده بر روی دستگاه، اپبیکشین موبایل، اپلیکشین ابری، پایگاه‌های داده ای و مدیریت و اجرای دستگاه، جلودار برای تمایش داده‌ها یا الگوریتیمی که هوش را به پروژه اینرنت شما می‌دهد، همه این موارد بخش نرم افزار اندوخه اینرنت اشیاء هستند.
ابر: توانایی استریم و ذخیره سازی داده‌ها در اینترنت، ترسیم سازی در مرور گر وب و کنترل از راه دور دستگاه از بخش‌های مخلتف دنیا از طریق سیستم ابری انجام می‌شود که داده‌ها را از هر مکان و زمان در دسترس افراد قرار می‌دهد.
روش‌های مخلتفی برای استفاده از اینرنت اشیاء در فضا و کنترل از راه دور وجود دارد.
من درباره پروتکل‌های اینترنت اشیاء از فضا صحبت می‌کنم. از این پروتکول برای ارتباط میان دستگاه‌ها و میان دستگاه و سرور استفاده می‌شود. به دلیل محدودیت‌های توانایی‌های پردازش و شرایط مصرف برق کم دستگاه‌های اینترنت اشیاء (که عمدتا در محیط هایی با برق باتری ثابت استفاده می‌شود) و همچنین نیاز به پهنای باند محدود، نیاز به استاندارد‌های دقیق و پروتکل هایی برای طراحی ایترنت اشیاء حس می‌شد.
تولید کننده‌های اینرنت اشیاء و سازنده‌های پلتفرم ها، افراد متفاوتی هستند. به همین دلیل به استاندارد‌های صنعت و پروتکل هایی برای مصرف برق، پهنای باند و قدرت پردازش پایین نیاز است که توسط بازیگران اینترنت اشیاء به آسانی قابل استفاده باشند ( تولید کننده‌های سخت افزار، توسعه دهنده‌های نرم افزار یا ارائه دهنده‌های خدمات/ راه حل‌های ابری.
در توسعه و استفاده از یک پروژه اینترنت اشیاء، باید به سئوال‌ها زیر پاسخ داد:

  • دستگاه‌ها چه طور با دستگاه‌های دیگر و با من صحبت می‌کنند؟
  • من به ثبات شبکه‌های کابلی یا آزادی دستگاه‌های بی سیم نیاز دارم؟
  • من چه محدودیت هایی دارم؟ نسبت‌های داده ای، برق باتری یا شبکه‌های ضعیف؟
  • من چه گزینه هایی برای ارتباط در اختیار دارم.
    به دنیای ارتباط اینرنت اشیاء وارد شوید.
    این بخش فهرستی از پروتکل‌های ارتباطی را پوشش می‌دهد.

۱- MQTT (انتقال از راه دور صف پیام)
MQTT پروتکل مورد علاقه من است و از آن تقریبا برای تمام پروژه‌های خودکار اینرنت اشیاء استفاده می‌کنم. این پروتکل حدود ۱۵ سال پیش و برای نظارت از راه دور گره‌های سنسوری ساخته شد و قرار است برق و حافظه مصرفی را کاهش دهد.
براساس الگوی ارتباط «انتشار و عضویت» کار می‌کند، در این الگو، یک واسط مسئول بازپخش پیام‌ها به مشتری MQTT است این کار باعث می‌شود تا مشتریان مخلتف پیام‌ها را ارسال کنند و از طریق یک سرور مرکزی به نام واسط MTQQ، به اخبار جدید درباره موضوعات مختلف را دریافت نمایند.
این کار شبیه به عضویت در یک کانال یوتیوب است که از تمام ویدیو‌های ارسال شده آگاه می‌شوید.
با استفاده از MQTT، یک دستگاه متصل می‌تواند به هر تعداد از موضوعات به میزبانی یک واسط MTQQ عضو شود. زمانی که دستگاه داده‌های متفاوتی را درباره این موضوع منتشر کند، سرور یک پیام را به تمام دستگاه‌های عضو در این موضوع ارسال می‌کند و آن‌ها را از داده‌های جدید آگاه می‌سازد.
این پروتکل به طور کلی ر روی دستگاه‌های تعبیه شده و پلتفرم‌های موبایلی اجرا می‌شود، در حالی که به شرکت‌های مقیاس پذیر و سرور‌های وب در شبکه‌های کابلی و بی سیم متصل می‌شود. این پروتکول برای اپلیکشین برای اتصال‌های از راه دور سیستم‌های تعبیه شده مناسب است که درآن ردپای کد کوچک یا قابلیت اتصال غیر قابل پیش بینی است.
برای اپلیکشین‌های موبایل نیز ایده آل است که به بسته‌های داده ای حداقلی، مصرف برق پایین و اندازه کوچک و توزیع کارآمد اطلاعات به یک یا چند دریافت کننده نیاز دارد. یک پروتکول ایزو استاندارد است (ISO/IEC PRF 20922). عملکرد خوب و قابلیت اعتماد MQTT به وسیله پیام رسان فیسبوک و اینترنت اشیاء آمازون (AWS-اینترنت اشیاء)، IBM Node-Red و غیره اثبات می‌شود، چرا که سازمان‌ها هر روز از این طریق به میلیون‌ها نفر خدمت رسانی می‌کنند.
یک شبکه سنسور MQTT-SN یا MQTT به شما کمک می‌کند تا از MQTT در شبکه سنسور بی سیم استفاده کنید، این شبکه معمولا براساس الگوی TCP/IP‌ کار نمی کند.
واسط MQTT به صورت محلی یا از طریق ابر اجرا می‌شود و ویژگی هایی مانند نام کسب مجوز نام/رمز عبور، کد گذاری با استفاده از امنیت لایه انتقال (TLS) و کیفیت خدمات (QoS) را بهبود می‌بخشد.

پروتکل های ارتباطی برای اینترنت اشیاء

اجراء MQTT
MQTT با یک واسط یا مشتری MQTT‌ قابل اجرا است. اخبار این جاست که هر دو به صورت منبع باز به صورت یک بسته بندی برای لینوکس، سیستم عامل ایکس و دستگاه‌های ویندوز کار می‌کنند.
یک واسط MQTT daemon‌را اجرا می‌کند که به تفسیر‌های MQTT بر روی پورت ۱۸۸۳ TCP‌ گوش می‌کند.( به صورت پیش فرض).
برای نصب آن بر روی دستگاه‌های Debian مانند Ubunta 16.04) ، Raspbian، Jessie و غیره) تنها کافی است دستور زیر را از ترمینال اجرا کنید:

sudo apt-get install mosquito mosquito-clients

این کار واسط MQTT را بر روی دستگاه‌های لینوکس Debian‌نصب می‌کند و امکانات mosquito_pub و mosquito_sub را برای مشتریان اجراء می‌کند که برای آزمایش و استفاده از این امکات به کار برده می‌شود.
برای دستگاه/مشتری، اینترنت اشیاء Ecllipse یک اجراء منبع باز عالی برای نسخه ۳٫۱٫۱ MQTT و MQTT-SN را به شکل یک کتابخانه شناخته شده به عنوان یک Eclipse PAHO ارائه می‌کند که تقریبا برای تمام زبان‌های برنامه نویسی مدرن مانند C، C++، جاوا، پایتون، آردوینو و غیره مناسب است یا بر روی Webstocks‌استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیش تر یا مرجع API، به وب سایت
https://www.eclipse.org/paho
جدول شکل ۲، HTTP و MQTT را با هم مقایسه می‌کند و برنده‌های بعدی در زمینه فضای اینترنت اشیاء را مشخص می‌کند.

۲- CoAP (پروتکول اپلیکشین محدود)
(پروتکول اپلیکشین محدود) یک پروتکل اپلیکشین اینترنتی برای دستگاه‌های محدود است ( در RFC 7728‌ تعریف شده است). ارتباط میان دستگاه محدود و اینرنت گسترده تر با استفاده از پروتکل CoAP مشابه را ممکن می‌سازد.
CoAP برای استفاده میان دستگاه‌ها بر روی یک شبکه محدود و بین دستگاه ای شبکه‌های محدود مختلف طراحی شده است که به وسیله اینترنت به هم متصل می‌شوند.
یک پروتکول لایه است که برای دستگاه‌های اینترنت محدود شبکه مانند گره‌های شبکه سنسور بی سیم تشکل شده است و معمولا به نسخه سبک HTTP با پشتیبانی REST AIP‌ها نام گذاری می‌شود.
تقریبا بر روی اکثر دستگاه‌های UDP پشتیبان یا آنالوگ UDP‌اجرا می‌شود. سبک معماری REST را اجرا می‌کند که به صورت شفاف بر روی HTTP ترسیم می‌شود. اما CoAP ویژگی هایی ارائه می‌کند که از HTTP مانند هشدار اجباری اصلی و ارتباط گروه فرا تر می‌رود.
عنوان HTTP ‌معمولی در حدود ۱۰۰ بایت استفاد ه می‌شود، اما عنوان استاندارد CaAP تنها ۴ بایت وزن دارد. در مرحله اجرا، پروژه Eclipse Californiun یک اجرای جاوا از پروتکل CoAP ارائه می‌کند که پشتیبانی از لایه امنیتی DTLS را شامل می‌شود. در زیر پروزه MicroCoAP معرفی می‌شود که اجرای CoAP را برای Arduino ممکن می‌سازد. به آدرس زیر مراجعه کنید.
Github.com/1248/micro

پروتکل های ارتباطی برای اینترنت اشیاء

۳- بلوتوث و بلوتوث کم انرژی
MQTT و CoAP مستقل از ساختار هستند که یعنی اتصال به یک شبکه کابلی یا بی سیم مهم نیست. اما، بلوتوث تنها بر روی فرکانس رادیویی (طیف ۲٫۴ GHz در پهنای ISM) کار می‌کند و از صنعت استاندارد بهره می‌برد. در ابتدا از این فناوری برای به اشتراک گذاری فایل‌ها میان تلفن‌های همراه استفاده می‌شد و امروزه آن قدر قوی است که می‌تواند موسیقی پخش کند (پروفایل توزیع صوتی پیشرفته/A2DP)، داده‌های استریم و یا ساخت اینترنت اشیاء بعدی را بسازد.
بلوتوث کلاسیک: این مورد برای اپلیکشین‌های نسبت بالای داده مانند استریم بی سیم صوت طراحی شده است.
بلوتوث هوشمند یا انرژی پایین/BLE. این مورد برای دستگاه‌های با عمر باتری کم کار می‌کنند که دسته‌های کم داده را استریم می‌کند.
بلوتوث آماده خوانش: این نسخه دستگاه‌ها مانند رایانه ها، تلفن‌های هوشمند و غیره را هاب می‌کند. آن‌ها از دستگاه‌های کلاسیک و هوشمند پشنیبانی می‌کنند.
بلوتوث یک پروتکل شبکه گذاری تک کاربری است و به صورت خاص برای اینرنت اشیاء طراحی شده است.
کانال اتصال و ارتباط ارائه می‌کند که به صورت مخفی و کم مصرف کار می‌کند. برای مثال می‌توان به ردیاب‌های سلامت اشاره کرد که هر روزه استفاده می‌شوند و با استفاده از یک باتری به اندازه یک سکه حداقل چند ماه کار می‌کند. تمام این امکانات با استفاده ازBLE (بلوتوث کم مصرف) محقق شده است.
بلوتوث کلاسیک ویژگی‌های ثابت مانند URAT بلوتوث کلاسیک و کلاس A2DP برای استریم صوت دارد. از طرف دیگر، بلوتوث کم انرژی GATT یا پروفایل ویژگی کلی ارائه می‌کند که تعریف پروفایل با استفاده از بلوتوث را ممکن می‌سازد. برای مثال می‌توان به مانیتور ضربان قلب اشاره کرد.
BLE بسیار انعطاف پذیر است و در فضای اینترنت اشیاء کاربرد دارد. بلوتوث ۵٫۰ منتشر شده و در حال توسع هاست و دامنه بزرگ تری، نسبت‌های داده ای بیشتر و سرعت انتقال دو برابر ارائه می‌کند.

کدام پروتکل برای پروژه اینترنت اشیاء مناسب است؟
پروتکل‌های و استاندارد‌های صنعت زیادی وجود دارد. برخی از آن‌ها به طور خاص برای اینترنت اشیاء ساخته شده اند و برخی دیگر برای این منظور به کار برده می‌شوند. برای مثال می‌توان به چند WebSocket مذکور و وای فای‌های دیگر، Zigbee، LoRA، RF ساده، XMPP، RFID، NFC و غیره اشاره کرد.
با این وجود انتخاب باید براساس شرایط پروژه و محدودیت‌های اپلیکشین مورد نظر برای توسعه باشد. برای مثال اگر یک شبکه فعال کننده بسیار قوی داشته باشید بهتر از MQTT‌ استفاده کنید که باید به یک سنسور رایج واکنش نشان دهد.
الگوی PUB/SUB برای این مورد ایده آل است. در مورد CoAP می‌توانید محیط شبکه محدود خود را بسازید و اطلاعات را از طریق یک پراکسی به اینترنت بازپخش کنید.
اگر پروژه شما مانند ردیاب سلامت به اینترنت یا ارتباط بلند مدت نیاز نداشته باشد، در این صورت می‌توانید از بلوتوث کم انرزی برای آزمایش این گزینه استفاده کنید. امکانات اینرنت اشیاء نامحدود است.

1 نظرات

پاسخ دادن به فروش دستگاه و پکیج عضله سازی و زاویه دهی فک و صورت لغو پاسخ

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

It is main inner container footer text