آشنایی با استاندارد‌ها و پروتکل‌های اینترنت اشیا (IoT): راهنمای جامع

خلاصه

اینترنت اشیا (Internet of Things یا IoT) مجموعه‌ای از استاندارد‌ها و پروتکل‌های جدید را به وجود آورده است. علاوه بر این، پروتکل‌هایی که در ابتدا برای اهداف دیگری طراحی شده بودند، به دلیل تناسب با کاربردهای IoT، توسط تولیدکنندگان دستگاه‌ها و توسعه‌دهندگان اپلیکیشن‌ها پذیرفته شده‌اند. گرچه دستگاه‌های IoT از برخی جهات مشابه سایر دستگاه‌های متصل به اینترنت هستند، محدودیت‌های پهنای باند، مصرف انرژی و برد انتقال در بسیاری از کاربردهای IoT، نیاز به راه‌حل‌های نوآورانه برای اتصال (Connectivity)، انتقال داده (Data Transfer)، کشف دستگاه (Device Discovery) و ارتباطات دارد. این مقاله به‌عنوان یک واژه‌نامه مختصر برای پروتکل‌ها و استانداردهای ارتباطی IoT ارائه می‌شود.

آیا در میان انبوه استاندارد‌ها و پروتکل‌های IoT سردرگم شده‌اید؟ ما این راهنما را برای کمک به شما آماده کرده‌ایم!

زیرساخت (Infrastructure)

IPv4/IPv6

IPv4 و IPv6 دو نسخه اصلی پروتکل اینترنت (Internet Protocol یا IP) هستند. این پروتکل روشی برای ارسال بسته‌های داده (Data Packets) بین میزبان‌ها در شبکه (به‌ویژه اینترنت) و شناسایی یکتا میزبان‌ها با استفاده از آدرس IP است. بسته‌های IPv4 و IPv6 شامل سرآیندها (Headers) با متاداده‌هایی مانند آدرس IP فرستنده و گیرنده و همچنین بار داده (Payload) یا داده اصلی هستند. دلیل اصلی ایجاد IPv6، فضای آدرسی بزرگ‌تر آن نسبت به IPv4 است. آدرس‌های IPv4 با 32 بیت، تنها چند میلیارد آدرس یکتا ارائه می‌دهند، در حالی که آدرس‌های IPv6 با 128 بیت، امکان وجود تعداد بسیار بیشتری دستگاه یکتا را فراهم می‌کنند.

6LoWPAN

6LoWPAN مخفف IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks است. این استاندارد برای دستگاه‌های IoT با باتری و توان پردازشی محدود طراحی شده تا بتوانند با استفاده از بسته‌های IPv6 ارتباط برقرار کنند. 6LoWPAN با فشرده‌سازی سرآیند و فناوری‌های صرفه‌جویی در انرژی، امکان ارتباط دستگاه‌ها در شبکه‌های IEEE 802.15.4 (طراحی‌شده برای ارتباطات کم‌مصرف) را با ساختار بسته‌ای مشابه اینترنت فراهم می‌کند.

RPL

RPL یک پروتکل مسیریابی برای شبکه‌های کم‌مصرف و پرخطا (Low Power and Lossy Networks) است که برای دستگاه‌های کم‌مصرف با احتمال از دست رفتن بسته‌های داده طراحی شده است. RPL برای ارتباطات چندبه‌یک (Many-to-One) بهینه شده و امکان به‌اشتراک‌گذاری کارآمد اطلاعات توپولوژی شبکه (Network Topology) بین گره‌ها را فراهم می‌کند.

شناسایی (Identification)

برای اهداف شبکه‌ای، شناسایی یکتای دستگاه‌های IoT در میان مجموعه جهانی دستگاه‌ها ضروری است. روش‌های محبوب عبارت‌اند از:

EPC (Electronic Product Code)

EPC، استانداردی تعریف‌شده توسط GS1 (سازمانی غیرانتفاعی برای استانداردسازی ارتباطات تجاری) است. این استاندارد سیستمی برای رمزگذاری و رمزگشایی شناسه‌های یکتا برای اشیای فیزیکی در جهان بر اساس اطلاعات دسته‌بندی محصول (مانند UPC) و شماره سریال‌های یکتا ارائه می‌دهد.

uCode

uCode یک سیستم شناسایی یکتا مشابه سیستم ثبت دامنه ICANN و مدیریت DNS است. کدهای یکتا توسط سرورهای ID اضافی مدیریت می‌شوند که می‌توانند uCode را صادر کرده و اطلاعات دستگاه را مشابه نحوه تبدیل URL به آدرس IP توسط سرور DNS بازگردانند.

MAC Address

هر دستگاه متصل به شبکه، یک آدرس MAC برای هر رابط شبکه خود دارد. آدرس‌های MAC یکتا هستند و به‌صورت دسته‌ای به تولیدکنندگان دستگاه اختصاص می‌یابند. تولیدکنندگان مسئول تخصیص یک شماره MAC یکتا به هر دستگاه هستند.

ارتباطات/انتقال (Comms/Transport)

دستگاه‌های IoT می‌توانند از پروتکل‌های انتقال شبکه مختلفی استفاده کنند. برخی از محبوب‌ترین‌ها عبارت‌اند از:

Wi-Fi

Wi-Fi، همان فناوری که کامپیوترها و دستگاه‌های هوشمند را به اینترنت متصل می‌کند، برای دستگاه‌های IoT نیز قابل‌استفاده است. با این حال، به دلیل مصرف انرژی نسبتاً بالای Wi-Fi، گزینه اول برای دستگاه‌های محدود از نظر انرژی نیست، اما فراگیری آن، Wi-Fi را برای برخی راه‌حل‌ها مناسب می‌کند.

Bluetooth

Bluetooth با فراگیری گسترده و مصرف انرژی کم (در نسخه‌های جدید) مزایای زیادی دارد. با این حال، برد انتقال کوتاه آن برای کاربردهای مقیاس بزرگ جغرافیایی مناسب نیست.

LPWAN (Low-Power Wide-Area Network)

LPWAN فناوری کم‌مصرف با قابلیت انتقال داده در فواصل طولانی است. نقطه ضعف اصلی آن، نرخ انتقال داده پایین است که برای کاربردهایی با نیاز به انتقال حجم زیاد داده چالش‌برانگیز است. همچنین، LPWAN فناوری جهانی پذیرفته‌شده‌ای نیست و اگر یکپارچگی با شبکه‌های موجود مهم باشد، ممکن است بهترین انتخاب نباشد.

کشف (Discovery)

Physical Web

Physical Web استانداردی از گوگل است که به اشیای فیزیکی امکان می‌دهد اطلاعاتی مانند URL را پخش کنند تا کاربران بتوانند به‌صورت الکترونیکی با دستگاه تعامل کنند. برای مثال، یک پارکومتر می‌تواند URL صفحه پرداخت خود را پخش کند تا کاربر جای پارک رزرو کند. این استاندارد از Bluetooth LE برای پخش URL استفاده می‌کند.

mDNS

mDNS پروتکلی مشابه DNS است که در مقیاس شبکه کوچک‌تر و بدون سرورهای نام کار می‌کند. این پروتکل به دستگاه‌ها امکان می‌دهد خدمات موجود در شبکه را پخش و دریافت کنند. برای مثال، در سیستم Bonjour اپل (نسخه اختصاصی mDNS)، دستگاه‌ها می‌توانند خدمات چاپ، اشتراک کتابخانه iTunes یا کنفرانس ویدیویی را در شبکه محلی بررسی کنند. دستگاه‌ها خدمات و آدرس شبکه خود را به اشتراک می‌گذارند و این اطلاعات توسط سایر دستگاه‌ها ذخیره می‌شود.

پروتکل‌های داده (Data Protocols)

MQTT

MQTT یک پروتکل پیام‌رسانی انتشار/اشتراک (Publish/Subscribe) است که برای انتقال داده در محیط‌های با پهنای باند کم طراحی شده است. در شبکه MQTT، دو نوع دستگاه وجود دارد: ناشران (Publishers) و کارگزاران پیام (Message Brokers). کارگزاران موضوعات اشتراک را مدیریت کرده و به‌روزرسانی‌ها را به مشترکین ارسال می‌کنند.

CoAP

CoAP یک پروتکل انتقال وب مبتنی بر UDP (به‌جای TCP که وب بر آن ساخته شده) است. این پروتکل برای رابط‌های برنامه‌نویسی REST بین دستگاه‌های IoT و سرورها طراحی شده و امکان مشاهده، به‌روزرسانی، ایجاد و حذف منابع را در قالبی استاندارد فراهم می‌کند.

WebSocket

WebSocket پروتکلی برای ارتباط دوطرفه بین کلاینت‌ها (دستگاه‌ها و سرورها) از طریق یک اتصال واحد است که ارتباط سریع‌تری نسبت به HTTP فراهم می‌کند. این پروتکل برای انتقال پیام‌های داده از دستگاه‌ها یا دروازه‌ها به سرور یا ارسال پیام از سرور به دستگاه (مانند درخواست اقدام یا به‌روزرسانی نرم‌افزار/فریمور) استفاده می‌شود.

مدیریت دستگاه (Device Management)

TR-069

TR-069 پروتکلی مبتنی بر HTTP است که امکان پیکربندی خودکار دستگاه‌ها در شبکه و دریافت به‌روزرسانی‌های نرم‌افزار، فریمور و پیکربندی را فراهم می‌کند. این پروتکل به دستگاه‌های تعبیه‌شده مانند ست‌تاپ باکس‌ها اجازه می‌دهد به سرور پیکربندی خودکار (ACS) متصل شده و پیکربندی شوند.

OMA-DM

OMA-DM، مشابه TR-069، استانداردی برای پیکربندی و به‌روزرسانی دستگاه‌ها در شبکه است. این استاندارد توسط Open Mobile Alliance توسعه یافته و برای تأمین، پیکربندی و نگهداری دستگاه‌های موبایل و سایر دستگاه‌های متصل مصرفی استفاده می‌شود.

چارچوب‌های چندلایه (Multi-layer Frameworks)

علاوه بر اجزای بالا، چارچوب‌های چندلایه‌ای مانند IoTivity، Alljoyn (که با IoTivity ادغام شده) و OpenWeave (ایجادشده توسط گوگل) راه‌حل‌های جامعی برای ساخت دستگاه‌هایی ارائه می‌دهند که می‌توانند با یکدیگر و اینترنت گسترده‌تر ارتباط برقرار کنند. HomeKit اپل نیز یک راه‌حل کامل برای دستگاه‌های IoT/خانه هوشمند ارائه می‌دهد که امکان افزودن آسان دستگاه‌ها به شبکه و تبلیغ خدمات آن‌ها را فراهم می‌کند.

امیدواریم این تعاریف به شما در کشف امکانات هیجان‌انگیز استاندارد‌ها و پروتکل‌های جدید IoT کمک کند!

 

 

منبع: iotforall