Vezeték nélküli IoT-hálózati protokollok

Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)

Az AMQP az alkalmazási (szoftver) réteg protokollja, amely az üzenetorientált köztesréteg („middleware”) környezetek számára végez üzenetirányítási és -sorbaállítási feladatokat. A megbízható végpontok közötti kapcsolatokhoz használják, és támogatja az eszközök és a felhő közötti zökkenőmentes és biztonságos adatcserét. Az AMQP három elkülöníthető elemből áll, mégpedig: Exchange („útválasztó”), Message Queue („üzenetsor”), és Binding („összekötő”). Ez a három elem biztosítja a megbízható és sikeres üzenetcserét és tárolást. Ezenfelül a két üzenet közötti viszonyt is megjelölik. További részletekért az AMQP-val kapcsolatban kattintson ide.

Constrained Application Protocol (CoAP)

A CoAP egy korlátozott sávszélességű és korlátozott hálózatú protokoll megkötött eszközök számára. A protokoll lehetővé teszi a kliensnek, hogy kérelmet küldjön a szervernek, majd a szerver HTTP-ben küld választ a kliensnek. A User Datagram Protocolt (UDP) használja, hogy könnyen implementálható legyen és minimális helyet foglaljon. A protokoll az EXL bináris adatformátumot használja. A CoAP protokollt főleg az automatikában, a mikrovezérlőkben és a mobileszközökben alkalmazzák. A protokoll elküld egy kérelmet az otthon alkalmazási végpontjára, és visszaküldi az alkalmazás válaszát a szolgáltatásoknak és forrásoknak. Ha többet szeretne megtudni CoAP-ról, kattintson ide.

Data Distribution Service (DDS)

A DDS egy rugalmas társközi („peer-to-peer”) kommunikációs protokoll. Mindent elvégez az apró eszközök futtatásától a nagy teljesítményű hálózatok összekötéséig. A DDS korszerűsíti a kitelepítést, növeli a megbízhatóságot és csökkenti a komplexitást.

Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

Az MQTT, avagy a feliratkozói/közzétételi („publish–subscribe”) protokoll, egy könnyűsúlyú üzenetküldő protokoll, ráadásul a legnépszerűbb az IoT-eszközök körében. Adatokat gyűjt különböző eszközökről és felügyeli a távoli eszközöket. A Transmission Control Protocolon (TCP-n) fut, és támogatja az eseményvezérelt üzenetcserét vezeték nélküli hálózatokon. Az MQTT-t főleg olyan eszközökben használják, amelyek kevesebb energiát igényelnek, például gépjármű-érzékelőkben és okosórákban. Ha többet szeretne megtudni az MQTT-ről, kattintson ide.

Gép–gép (M2M) kommunikációs protokoll

Ez egy nyílt ipari protokoll. Az M2M-et azért hozták létre, hogy távolról kezelje az IoT-eszközöket. Ezek a költséghatékony protokollok nyilvános hálózatokat használnak. Az M2M olyan környezetet hoz létre, amelyben két gép közösen kommunikál és adatokat cserél. Egy ilyen protokoll támogatja a gépek önmonitorozását, és lehetővé teszi a rendszerek számára, hogy a változó környezethez alkalmazkodjanak. Főleg az okosotthonokban, -járművekben és bankautomatákban használják. Ha többet szeretne megtudni az M2M kommunikációról, kattintson ide.

Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP)

Az XMPP egyedi dizájnnal rendelkezik. A fejlesztéséhez nyílt XML (Extensible Markup Language, „kiterjeszthető jelölőnyelv”) nyelvet használtak. Egy „push” küldőmechanizmust használ a szinkron üzeneteket kicserélésére. A rugalmas XMPP bármely változással kpes zökkenőmentesen integrálódni. Az XMPP állapotjelölőként funkcionál. Megjeleníti egy szerver elérhetőségi állapotát.

A WhatsAppon, Google Talkon és más csevegőalkalmazásokon túl az XMPP az online játékok, az internetprotokollon keresztüli hangátvitel (VoIP) és a webes híroldalak számára is hasznos. Ha többet szeretne megtudni az XMPP-ről, kattintson ide.

Bluetooth

A Bluetooth széles körben használatos kommunikációra és a vezeték nélküli adatátvitelek standard IoT-protokollja. Alacsony energiaigényű változata a Bluetooth Low Energy (BLE). A legújabb verzió, a BLE 5.0, támogatja az alacsony adatsebességű alkalmazásokat és a kibővített, akár 150 méteres hatótávot is. Hasznos funkciói, mint az ismétlődő jelzés és a helyszíni szolgáltatások, miatt terjedt el ennyire messzemenően a fitnesz- és gépjárműipari alkalmazások körében. Képes támogatni a csillagtopológiát is. A legújabb verziók támogatják a mesh hálózati topológiát, kiterjesztve a hálózatot many-to-many („sok–sok”) eszközhálózatokkal, amelyek az otthoni automatikai alkalmazásokban is futnak.

Zigbee

A ZigBee IEEE 802.15.4 standard fizikai és kapcsolati réteget használ, az ISM 2,4 GHz-es sávban üzemel, és a hatótávja elérheti akár a 300 lábat/90 métert. Támogatja a mesh hálózati topológiát. Emiatt a hálózatot ki lehet terjeszteni hosszabb távolságokra is többszörös ugrási műveletekkel. A protokoll rendkívül interoperábilis és adatmodellek, adatbiztonság és hálózatkezelési eljárások standard könyvtárait tartalmazza. A ZigBee kevés energiát fogyaszt, felfedezi a csomópontokat, észleli a duplikált adatcsomagokat, felfedezi az útvonalakat, rendelkezik alvó üzemmóddal és megbízható. Széles körben használják okosotthonokban és az épületautomatikai alkalmazásokban.

Z-Wave

A Z-Wave egy alacsony energiaigényű vezeték nélküli technológia, amelyet az IoT-otthonautomatikai alkalmazásokhoz fejlesztettek. Alacsony késleltetésű és megbízható kommunikációt nyújt kis méretű adatcsomagok esetén, akár 100 kbit/s adatsebességgel. Támogatja a mesh hálózati topológiát maximum 232 csomóponttal egy hálózaton belül. Az európai régióban 868 MHz, Észak-Amerikában és Ausztráliában pedig 915 Mhz-en működik, 100 kbps adatsebességet biztosítva. Ha többet szeretne megtudni a Z-Wave-ről, kattintson ide.

6LowPAN

Az IPv6 alacsony energiaigényű vezeték nélküli személyes hálózat (6LowPAN) egy internetprotokoll-alapú technológia. Egy hálózati protokoll, amely meghatározza a beágyazási és fejléctömörítési mechanizmusokat. A frekvenciasáv és fizikai réteg szabadságával rendelkezik, és használható több kommunikációs platformon keresztül is, beleértve az ethernetet, a wifit, a 802.15.4-et és az 1GHz alatti ISM-et. Arra tervezték, hogy IPv6 csomagokat küldjön IEEE802.15.4-alapú hálózatokon keresztül, és implementáljon számos nyílt IP-szabványt, beleértve a TCP-t, a WebSocketet, az UDP-t, a HTTP-t, a CoAP-ot és az MQTT-t. A szabvány végpontok közti címezhető csomópontokat nyújt, lehetővé téve egy útválasztónak, hogy a hálózatot összekapcsolja egy IP-vel. A 6LowPAN egy robusztus, skálázható és öngyógyító mesh hálózat.

Thread

A Thread, amely különböző szabványokon alapul, beleértve az IEEE802.15.4-et, az IPv6-ot és a 6LoWPAN-t, egy friss IP-alapú IPv6 hálózati protokoll az otthonautomatikai környezetre tervezve. Elsődleges funkciójaként kiegészíti a wifit és ellenálló IP-alapú megoldást nyújt az IoT-nak. A Thread megerősíti a mesh hálózatot az IEEE802.15.4 rádió adó-vevők használatával. Akár 250 csomópontot is képes kezelni magas szintű hitelesítéssel és titkosítással.

Wifi

A wifi egy vezeték nélküli kommunikációs protokoll. A wifi csillaghálózati topológiát használ, és a hozzáférési pontot átjáróként lehet használni az internethez. Minden egyes hozzáférési pont maximum 250 eszközhöz képes csatlakozni; a legtöbb kereskedelmi forgalomban lévő megoldás legfeljebb 50 eszközt támogat. A 802.11-b/g/n a 2,4 GHz-es sávban üzemel, és 150–200 Mbps adatsebességre képes otthoni vagy irodai környezetben, általában 50 méteres hatótávon belül. A legújabb 802.11-ac szabvány 5 GHz-en üzemel, és akár 500 Mbps–1 Gbps adatsebességre is képes.

Celluláris/Mobil

Számos IoT-alkalmazás használja a celluláris hálózatokat: a 3G-t, a 4G LTE-t és az 5G-t az adatok kommunikálásához. A 3G a 2100 MHz-es sávot használja, és 384 Kbps–10 Mbps adatsebességre, a 4G LTE pedig akár 3–10 Mbps adatsebességre képes a 2700 MHz-es sávon. Nem felelnek meg a legtöbb IoT-alkalmazáshoz a nagy energiaigényük és költséges kitelepítésük miatt. A Cat-M1 és NB-IOT hálózatokat a 3. generációs partneri programban (3GPP) mutatták be, a létező 4G LTE hálózatok IoT- és M2M-kommunikációra történő adoptálásának céljából. Az 5G kapacitása nagyobb minden létező 4G hálózatnál, és jelenleg is fejlesztés alatt áll a mobil szélessávok felhasználóinak növelésének és az eszközök közötti kommunikáció támogatásának céljából. Ennek eléréséhez különböző technikákat alkalmaznak az 5G-n, például masszív többszörös bemenetű és többszörös kimenetű (MIMO) módszert, teljes duplex kommunikációt, heterogén hálózatokat (HetNet), milliméteres hullámot (mmWave) és hálózati szeletelést. Az egész 5G hálózat szolgáltatásait három kategóriára lehet osztani a Nemzetközi Távközlési Egyesület (ITU) szerint: fejlett mobil szélessávra (eMBB), masszív gépi típusú kommunikációkra (mMTC) és rendkívül megbízható kis késleltetésű kommunikációra (uRLCC).

NFC

A közeli rádiófrekvenciás kommunikáció (NFC) egy rendkívül kicsi hatótávú, rádiójeleken keresztül végbemenő kommunikációs protokoll. Az ISO/IEC 18000-3 szabványt és a 13,56 MHz-es ISM frekvenciasávot használja. 100–420 kbps adatsebességre és legfeljebb 20 cm-es hatótávra képes. Néhány NFC-eszköz képes leolvasni (az ISO 15693 szabványnak megfelelő) passzív nagy frekvenciás RFID-címkéket, amelyek szintén a 13,56 MHz-es sávot használják. Az NFC teljes duplex kommunikációt nyújt az észlelési távolságán belül a fém- és nem fém bevonatokon keresztül. Használatos az érintésmentes fizetésben, a gyors szinkronizálásban és a digitális tartalmakhoz hozzáférő alkalmazásokban.

Sigfox

A Sigfoxegy, a telefon- vagy mobilszolgáltatókhoz hasonló, privát hálózati szolgáltató, amely az IoT-ügyfelek kiszolgálására fókuszál. GHz alatti ISM sávokat (868–869 MHz vagy 902–928 MHz) használ, és támogatja a hosszú távú (akár 50 km) csillagtopológiás kommunikációt. Bár a Sigfox kommunikáció kétirányú, a hasznos forgalom az állomástól a csomópont felé elenyésző. Főleg távoli észlelésre használják, ahol kis mennyiségű adatot kell szórványosan továbbítani, és ahol követelmény a hosszú akkumulátor-élettartam. Ha többet szeretne megtudni a Sigfoxról, kattintson ide.

LoRaWAN

A LoRaWAN egy alacsony energiaigényű, nagy kiterjedésű hálózati kommunikációs protokoll, amely a GHz alatti frekvenciatartományt (433/868/915 MHz) használja. Általában 0,3–50 kbps adatsebességre és akár 15 km-es hatótávra képes. A nagy távolságot úgy tudja elérni, hogy dinamikusan csökkenti az adatsebességet. Úgy tervezték, hogy alacsony energiaigényű, alacsony költségű, biztonságos és teljes duplex kommunikációt nyújtson az IoT-, M2M-, okosváros- és ipari alkalmazások számára. Ha többet szeretne megtudni a LoRaWanról, kattintson ide.