اینترنت اشیا و تبلیغات پیرامون آن، فرصت‌های شغلی متعددی به وجود خواهد آورد. به همین خاطر، سازمان‌ها و شرکت ها در زیرساخت‌های اصلی خود از گجت‌های هوشمند استفاده خواهند کرد.

اینترنت اشیا تجهیزات ساکن و غیر هوشمند را تغییر خواهد داد. در این مقوله چالش های متعددی وجود دارد که یکی از بزرگ ترین چالش ها نحوه استاندارد سازی و تعیین پروتکل های ارتباطی است.

در ادامه با تیم کارشناسی عصر شبکه در خصوص پروتکل ها و معماری اینترنت اشیا همراه باشید.

پروتکل اینترنت اشیا

در این قسمت سوالی که ممکن است پیش بیاید چگونگی ارتباط دستگاه ها در اینترنت اشیا با یکدیگر است؟

همانطور که انسان‌ها بر اساس یکسری قوانین و قواعد مشخص با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، ارتباط بین دستگاه‌های هوشمند نیز باید بر مبنای یک رویه استاندارد و مشخص انجام شود که به عنوان پروتکل‌های اینترنت اشیا شناخته ‌می‌شود.

به عبارت دیگر پروتکل مجموعه‌ای از قواعد  و آیین‌نامه‌هایی است که چگونگی پاسخ‌گویی به دستوراتی که توسط دستگاه‌های دیگر صادر می‌شوند را مشخص می‌کند. پروتکل‌ها برای جلوگیری از هرج و مرج و ایجاد یک رویه یکسان جایگاه ویژه‌ای در ارتباطات شبکه‌ای دارند و اهمیت آن‌ها در اینترنت اشیا بیشتر است، زیرا این فناوری گستردگی زیادی دارد.

پروتکل‌های CDMA، WAP و نمونه‌های مشابه برای اینترنت اشیا مناسب نیستند و به پروتکل‌های پیچیده‌تر و قدرت‌مند‌تری نیاز است، زیرا همان‌گونه که اشاره شد اینترنت اشیا مجموعه‌ای از فناوری‌های مختلف است که هر کدام کاربرد، ویژگی و راه‌های ارتباطی مختص به خود دارند.

معرفی مهم‌ترین پروتکل‌های اینترنت اشیا

در خصوص پروتکل‌های اینترنت اشیا، موارد زیر جزء مهم‌ترین‌ آنها هستند. در ادامه پروتکل‌هایی که قصد داریم به شکل اجمالی نگاهی به آن‌ها داشته باشیم، به شرح زیر است.

MQTT : Message Queue Telemetry Transport Protocol
DDS : Data Distribution Service
AMQP : Advanced Message Queuing Protocol
CoAP : Constrained Application Protocol

1-پروتکل انتقال تله متری در صف پیام

آی‌بی‌ام پروتکلی به‌نام MQTT طراحی کرده که به ارتباط ماشین به ماشین (M2M Communication) معروف است. این پروتکل به ماشین‌های مختلف اجازه می‌دهد تا به صورت خودکار با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. MQTT پروتکل ساده‌ای است که داده‌ها را از حسگرها دریافت و تحویل دستگاه‌های پردازشگر می‌دهد و نتیجه را به سمت شبکه هدایت ‌می‌کند که بر مبنای سه مولفه  subscriber، publisher  و dealer/broker کار می‌کند.

داده‌ها بین دو مولفه subscriber  و publisher مبادله  می‌شوند، در حالی که مولفه dealer/broker وظیفه تامین امنیت ارتباط را عهده‌دار است. پروتکل MQTT روی پروتکل TCP/IP کار می‌کند و نمی‌تواند برای تما‌می ‌اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا استفاده شود.

2- سرویس توزیع داده

یکی از پروتکل های استاندارد مربوط به اینترنت اشیا است که توسط کارگروه Object Management Group  توسعه یافته و برای دستگاه‌های کوچک که فضای کمی اشغال می‌کنند و ارتباطات ابرمحور دارند مناسب است. DDS  از دو بخش تشکیل شده است. بخش اول یک پروتکل میان‌افزار (رابطی میان سیستم‌عامل و اپلیکیشن) و بخش دوم یک (رابط برنامه‌نویسی اپلیکیشن) است که ارتباط بین دستگاه‌ها را برقرار می‌کند. این پروتکل بهترین گزینه برای تبادل اطلاعات و یکپارچگی سریع داده‌ها در سیستم اینترنت اشیا را ارائه می‌کند.

یکی از بزرگ‌ترین مزایای پروتکل سرویس توزیع داده پشتیبانی توسط بیشتر زبان‌های برنامه‌نویسی است. ارتباط بلادرنگ با ضریب اطمینان زیاد و مقیاس‌پذیری با کمک DSS امکان‌پذیر است. DDs از دو لایه (DCPS)سرنام Data-Centric Publish-Subscribe  و (DLRL) سرنام Data Local Reconstruction Layer ساخته شده است.  لایه DCPS اطلاعات را تحویل کلاینت‌ها ‌می‌دهد، در حالی که DLRL رابطی برای عملگرهای DCPS فراهم ‌می‌کند. (تصویر زیر)

3- پروتکل صف بندی پیام پیشرفته

این پروتکل بر مبنای رویکرد صف‌بندی کار می‌کند و برای محیط‌های مبتنی بر پیام مناسب است. پروتکل‌های ارتباطی که باید پیام‌ها را به شکل مطمئن و ایمن مبادله کنند از پروتکل AMQP استفاده می‌کنند. به عبارت دیگر، زمانی‌که پیامی ‌مبادله می‌شود باید با ضریب اطمینان خیلی زیاد به مقصد ارسال شود. از طریق AMQP carrier دو مولفه publisher و subscriber ‌ می‌توانند با هم ارتباط برقرار کنند. بخش message queue مسیر پیام‌ها را تا زمانی که برای پردازش با نرم‌افزار کلاینت آماده شوند ذخیره می‌کند. ارتباط بین exchange و message queue از طریق مولفه binding انجام می‌شود.

4- پروتکل برنامه محدود

CoAPیک پروتکل کاربردی اینترنتی است که برای تعداد محدودی از گجت‌ها کاربرد دارد. در ابتدا از این پروتکل برای ارتباطات ماشین به ماشین استفاده می‌شد و پروتکلی جایگزین برای HTTP بود، اما با گذشت زمان فراگیر شد و اکنون به یکی از پروتکل‌های کلیدی اینترنت اشیا تبدیل شده است.

پروتکل CoAP تکنیکی موثر برای مبادله اطلاعات بر مبنای قالب‌بندی XML ارائه می‌کند. پروتکل CoAP از چهار پیام  non-confirmable ،confirmable ،reset  و acknowledgment (ack) استفاده می‌کند. پروتکل CoAP برای برقراری ارتباطات امن با قابلیت اطمینان بالا روی UDP از پیام‌های confirmable استفاده می‌کند، البته این امکان وجود دارد تا پیام ack را به عنوان پاسخی استفاده کرد تا مشخص شود پیام به مقصد رسیده است یا خیر. CoAP یک پروتکل سبک است که پروتکل DTLS سرنام Datagram Transport Layer Security برای تامین امنیت بیشتر ارتباط‌ها استفاده می‌کند.

در ادامه معماری موجود برای این پروتکل ها در حوزه اینترنت اشیا را بیان می کنیم. با دوره های تخصصی میکروتیک عصر رایان شبکه همراه باشید.

معماری پروتکل اینترنت اشیا

در حوزه اینترنت اشیا معماری خاصی غالب نیست و محققان موارد مختلفی را پیشنهاد کردند، اما در بیشتر موارد از معماری سه لایه و معماری پنج لایه استفاده شده است.

معماری سه لایه

این معماری در ابتدای تحقیقات انجام شده پیرامون اینترنت اشیا بوجود آمد. در شکل زیر لایه‌های این معماری آورده شده است.

•    لایه ادراک (perception): این لایه به عنوان لایه فیزیکی و متشکل از حسگرها است و اطلاعات محیط پیرامون را دریافت می‌کند. حسگرها در اینترنت اشیا نقشی حیاتی دارند و در اکثر دستگاه‌های الکترونیکی به شکل توکار قرار دارند. به همین دلیل یک لایه مختص حسگرها طراحی شده است.

•    لایه شبکه:  از این لایه برای برقراری اتصال دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

•    لایه اپلیکیشن:  برای پاسخ به درخواست کاربر نهایی طراحی شده و نقشی مشابه با لایه کاربرد در TCP/IP دارد. از جمله محصولات و اپلیکیشن‌هایی که این لایه می‌تواند با آن‌ها تعامل داشته به مواردی همچون ساعت‌ها، تلویزیون‌ها و گوشی‌های هوشمند می‌توان اشاره کرد که قرار است کار مشخصی انجام دهند.

معماری پنج لایه

این معماری دو لایه مشترک با مورد قبلی دارد.

سه لایه اضافی‌تر این این معماری به شرح زیر هستند:

•    لایه انتقال (transport): کار این لایه انتقال داده بین دو لایه بالایی و پایینی است. در پشته پروتکلی TCP/IP نیز لایه‌ای مشابه با همین نام وجود دارد.

•    لایه پردازش (processing):  داده‌های دریافتی را ذخیره و پردازش ‌می‌کند.  داده‌های دریافتی از طریق حسگرها خام هستند و مفهومی ندارند. بنابراین برای ادامه کار باید پردازش و تحلیل شوند. پیاده‌سازی فناوری‌های مهمی مانند Big Data، پردازش ابری و DBMS در این لایه امکان‌پذیر است.

•    لایه داد و ستد (business): در راس این معماری، لایه فوق قرار دارد که برای مدیریت اپلیکیشن‌ها، حفظ حریم خصوصی کاربر و.... استفاده می‌شود.

منبع: شبکه - مگ

 

شگفتی های پنهان درباره اینترنت اشیاء / معرفی و بررسی پتانسیل های IOT