På tingenes internet (IoT) er udvekslingen af data mellem sensorer, enheder, gateways, servere og brugerapplikationer aktiveret af netværksprotokoller som WiFi, Bluetooth, ZigBee og mange andre. Slut applikationskrav for rækkevidde, data, sikkerhed, strøm og batterilevetid dikterer valg af netværksprotokol. Denne artikel udforsker nogle af disse kommunikationsteknologier og protokoller.

IoT-økosystem

Et IoT-økosystem består typisk af noder, data, tilslutningsmuligheder og applikationslag. Nodelaget er en koalition af smarte enheder såsom mikrocontrollere, mikroprocessorer, sensorer, aktuatorer, tilslutningsmuligheder og gateways, der interagerer med et netværk.

Datalaget vedrører de data, der indsamles, behandles, sendes, lagres, analyseres, præsenteres og bruges i forretningssammenhænge. Applikationen eller brugerlaget er den komponent, der giver mennesker mulighed for at interagere med IoT-enheder. Vi vil diskutere forbindelseslaget, der består af kommunikation og IoT-protokoller. For mere information om IoT-produkter, klik her

Protokolnetværk i et IoT-økosystem
Figur1: Protokolnetværk i et IoT-økosystem

IoT-protokoltyper

Internetprotokollens (IP) iboende tilpasningsdygtige og pålidelige natur gør det til et acceptabelt medium til procedurel transmission blandt IoT-moduler. Systemarkitekturen (gennem hvilken dataene skal rejse) bestemmer IoT-protokoltypen. OSI-modellen (Open Systems Interconnection) leverer et kort over de forskellige lag, der sender og accepterer data. Hver protokol i IoT-systemarkitekturen muliggør enhed-til-enhed, enhed-til-gateway, gateway-til-datacenter, gateway-til-sky-kommunikation og kommunikation mellem datacentre. Figur 2 viser IoT-protokolstakken.

IoT-protokolstak
Figur2: IoT-protokolstak

Et par centrale IoT-protokoller, der bruges i de forskellige lag i IoT-netværket, er som følger

Avanceret besked-køprotokol (AMQP)

AMQP er en applikations-lagsprotokol (software), der tilbyder rute og kø i et meddelelsesorienteret middlewaremiljø. Det bruges til pålidelige punkt-til-punkt-forbindelser og understøtter problemfri og sikker udveksling af data mellem enhederne og skyen. AMQP har tre forskellige komponenter, nemlig udveksling, beskedkø og binding. Disse tre sikrer en pålidelig, vellykket udveksling og beskedlagring. De betegner også forholdet mellem to beskeder. For mere information om AMQP-produkter, klik her

Begrænset applikationsprotokol (CoAP)

CoAP er en begrænset båndbredde og begrænset netværksprotokol til begrænsede gadgets. Denne protokol gør det muligt for klienten at sende serveren en anmodning, og serveren sender et svar i HTTP tilbage til klienten. Det bruger bruger-datagram-protokol (UDP) til let implementering og minimerer pladsforbrug. Protokollen anvender binært dataformat EXL. CoAP-protokol bruges primært til automatisering, mikrocontrollere og mobiltelefoner. Protokollen sender en anmodning til hjemmets applikationsendepunkt og returnerer applikationens svar på tjenester og ressourcer. Klik her for at lære mere om CoAP.

Datadistributionstjeneste (DDS)

DDS er en fleksibel peer-to-peer kommunikationsprotokol. Det gør alt fra at køre små enheder til at forbinde højtydende netværk. DDS strømline implementering øger pålideligheden og minimerer kompleksiteten.

Beskedkø telemetri transport (MQTT)

MQTT, også kendt som abonner/udgiv-protokol, er en let besked-protokol såvel som den mest foretrukne for IoT-enheder. Den indsamler data fra forskellige enheder og overvåger eksterne enheder. Det kører over Transmission Control Protocol (TCP) og understøtter begivenhedsdrevet meddelelsesudveksling gennem trådløse netværk. MQTT bruges hovedsageligt i enheder, der kræver mindre strømhukommelse til f.eks. sensorer i bilen og smartwatches. Klik her for at lære mere om MQTT.

Maskine-til-maskine (M2M) kommunikationsprotokol

Det henviser til en åben industriprotokol. M2M er oprettet til at styre IoT-enheder eksternt. Disse omkostningseffektive protokoller bruger offentlige netværk. M2M former et miljø, hvor to maskiner indbyrdes kommunikerer og bytter data. En sådan protokol styrker maskiner til selvovervågning og gør det muligt for systemerne at tilpasse sig i henhold til de forskellige omgivelser. Det bruges hovedsageligt til smarte hjem, køretøjer og pengeautomater. Klik her for at lære mere om M2M-kommunikation.

Udvidelig meddelelses- og tilstedeværelsesprotokol (XMPP)

XMPP har et unikt design. Det blev udviklet ved hjælp af åbent XML (Extensible Markup Language). Det anvender en push-mekanisme til at bytte synkrone beskeder. Den fleksible XMPP kan problemfrit integreres med eventuelle ændringer. XMPP fungerer som en tilstedeværelsesindikator. Det viser servernes tilgængelighedsstatus.

Bortset fra WhatsApp, Google Talk og andre instant messaging-apps er XMPP også nyttigt i onlinespil, Voice over Internet Protocol (VoIP) og nyhedswebsteder. Klik her for at lære mere om XMPP.

Bluetooth

Bluetooth bruges i vid udstrækning til kortdistancekommunikation og er en standard IoT-protokol til trådløs datatransmission. Dens lavenergiversion er Bluetooth Low Energy (BLE). Den nyeste version, BLE 5.0, understøtter applikationer med lav datahastighed og en udvidet rækkevidde på op til 150 meter. Funktioner som beaconing og placeringstjenester har hjulpet med at implementere det i en bred vifte af fitness- og bilapplikationer. Det kan understøtte stjernetopologi. De nyeste versioner understøtter net-topologi og strækker netværket ved hjælp af mange-til-mange enhedsnetværk, der er egnet til hjemmeautomatiseringsapplikationer.

Zigbee

ZigBee bruger IEEE 802.15.4 standard fysisk og linklag, der fungerer ved ISM 2,4 GHz-bånd og giver en rækkevidde på op til 300 fod. Det understøtter net-topologi. Derfor kan netværket strækkes over en længere afstand ved hjælp af multi-hop-operationer. Protokollen er yderst interoperabel og inkluderer standardbiblioteker med datamodeller, sikkerhed og netværksadministrationsprocedurer. ZigBee har lavt strømforbrug, nodeopdagelse, duplikeret pakkeopdagelse, rutefinding, dvale og pålidelighed. Det bruges i vid udstrækning i smarte hjem og bygningsautomatiseringsapplikationer.

Z-Wave

Z-Wave er en trådløs teknologi med lav effekt designet til IoT hjemmeautomatisering-applikationer. Det tilbyder lav latenstid og pålidelig kommunikation af små datapakker med datahastigheder på op til 100 kbit/s. Det understøtter net-topologi med maksimalt 232 noder i et enkelt netværk. Det fungerer på 868 MHz for Europa-regionen og 915 MHz for Nordamerika og Australien, hvilket giver en 100-Kbps datahastighed. Klik her for at lære mere om Z-Wave.

6LowPAN

IPv6 energibesparende trådløst personligt netværk (6LowPAN) er en internetprotokolbaseret teknologi. Det er en netværksprotokol, der definerer indkapslings- og headerkomprimeringsmekanismer. Det har frihed til frekvensbånd og fysisk lag og kan også bruges på tværs af flere kommunikationsplatforme, herunder Ethernet, WiFi, 802.15.4 og ISM under 1 GHz. Det er udtænkt til at sende IPv6-pakker over de IEEE802.15.4-baserede netværk og implementere mange åbne IP-standarder, herunder TCP, websockets, UDP, HTTP, COAP og MQTT. Standarden giver ende-til-ende adresserbare noder, der tillader en router at linke netværket til IP. 6LowPAN er et robust, skalerbart og selvhelende net-netværk.

Tråd

Tråd, baseret på forskellige standarder, herunder IEEE802.15.4, IPv6 og 6LoWPAN, er en frisk IP-baseret IPv6-netværksprotokol rettet mod hjemmeautomatiseringsmiljøet. Det supplerer primært WiFi og tilbyder en robust IP-baseret løsning til IoT. Tråd styrker et net-netværk ved hjælp af IEEE802.15.4 radiotransceivere. Det administrerer op til 250 noder med høje godkendelses- og krypteringsniveauer.

Wi-Fi

WiFi er en trådløs kommunikationsprotokol. WiFi bruger stjernenetværkets topologi, og adgangspunktet kan bruges som en gateway til internettet. Hvert adgangspunkt kan oprette forbindelse til maksimalt 250 enheder, og de fleste kommercielt tilgængelige løsninger understøtter op til 50 enheder. 802.11-b/g/n fungerer på 2,4 GHz og leverer 150-200 Mbps datahastighed i hjemmet eller på kontoret, typisk i en rækkevidde på 50 meter. Den seneste 802.11-ac-standard fungerer på 5 GHz og giver en 500Mbps-1Gbps datahastighed.

Mobil

Mange IoT-applikationer bruger eksisterende mobilnetværk som 3G, 4G LTE og 5G til datakommunikation. 3G bruger 2100 MHz og tilbyder en 384 Kbps-10 Mbps datahastighed, og 4G LTE leverer en høj datahastighed på 3 Mbps-10 Mbps ved 2700 MHz. De er uegnede til de fleste IoT-applikationer på grund af deres høje strømforbrug og stejle implementeringsomkostninger. Cat-M1 og NB-IOT blev introduceret i 3. generations partnerskabsprojekt (3GPP) til adoption til eksisterende 4G LTE-netværk til IoT- og M2M-kommunikation. 5G, med større kapacitet end noget 4G-netværk, er under udvikling for at øge mobile bredbåndsbrugere og for at understøtte kommunikation mellem enheder. For at gøre dette anvendes forskellige teknikker til 5G, som massiv multiple-input multiple-output (MIMO), full-duplex kommunikation, heterogene netværk (HetNet), millimeterbølge (mmWave) og netværksskæring. Alt 5G-netværkstjenesterne kan klassificeres i tre forskellige kategorier ifølge Den Internationale Telekommunikationsunion (ITU): forbedret mobilt bredbånd (eMBB), massiv maskintypekommunikation (mMTC) og ultra-pålidelig og lav latenskommunikation (uRLLC).

NFC

Near Field Communication (NFC) er en ultrakort rækkevidde radiokommunikationsprotokol. Den bruger ISO/IEC 18000-3-standarden og 13,56 MHz ISM-frekvensbåndet. Det giver en datahastighed på 100-420 Kbps og en rækkevidde op til 20 cm. Nogle NFC-enheder kan læse (ISO 15693-kompatible) passive højfrekvente RFID-tags, som også fungerer på 13,56 MHz. NFC giver fuld duplexkommunikation over detektionsområdet fra metalliske og ikke-metalliske substrater. Det bruges til kontaktløs betaling, hurtig synkronisering og adgang til digitalt indhold.

Sigfox

Sigfox er en privat netværksudbyder, der ligner telefoni eller mobiludbydere, med fokus på at betjene kunder i IoT. Det bruger sub-GHz ISM-bånd (868 til 869 MHz eller 902 til 928 MHz) og understøtter en lang rækkevidde (op til 50 km) ved hjælp af stjernetopologien. Selvom Sigfox-kommunikation er tovejs, er nyttelasten fra basestationen til knudepunktet ringe. Det bruges til fjernmåling, hvor små mængder data skal overføres sporadisk med høje batterilevetidskrav. Klik her for at lære mere om Sigfox.

LoRaWAN

LoRaWAN er en trådløs WAN-kommunikationsprotokol med lav effekt i frekvensområdet under GHz (433/868/915 MHz). Den har en typisk datahastighed på 0,3-50 Kbps og kan dække op til en 15 km rækkevidde. Den højere afstand opnås ved dynamisk at sænke datahastigheder. Det er designet til at levere kommunikation med lav effekt, billig, sikker og fuld duplex til IoT, M2M, Smart City og industrielle applikationer. Klik her for at lære mere om LoRaWan.

Hold dig informeret


Hold dig opdateret med de nyeste oplysninger og eksklusive tilbud!

Tilmeld dig nu

Databeskyttelse & Fortrolighedspolitik

Tak for din tilmelding

Godt klaret! Du er nu en del af en elitegruppe, der modtager de nyeste oplysninger om produkter, teknologier og applikationer direkte i din indbakke.

Tekniske ressourcer

Artikler, e-bøger, webinarer og meget mere.
Holder dig opdateret med innovationer.