IoT Haberleşme Protokolleri
Nesnelerin İnterneti olarak adlandırılan büyük bir bağlı cihaz ekosistemi, son yirmi yıldır dünya üzerinde genişliyor. Artık çevremizdeki çok sayıda nesne, diğer nesnelere, uygulamalara veya sunuculara veri toplama, işleme ve gönderme imkanına sahip.
Peki böyle bir bağlantıyı mümkün kılan nedir? Fiziksel nesnelerin birbirleriyle “konuşmasına” izin veren görünmez dil, IoT standartları ve protokollerinden oluşur. Kişisel bilgisayarlar, akıllı telefonlar veya tabletler için kullanılan genel protokoller IoT tabanlı çözümlerin özel gereksinimlerine (bant genişliği, aralık, güç tüketimi) uygun olmayabilir. Bu nedenle birden çok IoT ağ protokolü geliştirilmiştir ve yenileri hala gelişmektedir.
Mühendislerin kullanımına sunulan bağlantı seçenekleri için çok sayıda harika seçenek vardır. Bu makalede karmaşık kısaltmalar açıklanmakta ve Nesnelerin İnterneti standartlarını anlamanıza yardımcı olmaktadır.
Başlamadan önce ThingsOn’un hangi haberleşme protokollerini desteklediğini incelemenizi tavsiye ederiz: https://thingson.io/kb/haberlesme-protokolleri/
IoT Haberleşme Protokollerinin Arka Planı
Küresel ağa bağlanan ilk cihazlar 1982’de ortaya çıktı. Makinenin sıcaklığını kontrol edebilen ve içindeki şişe sayısını takip edebilen bir Coca-Cola otomatıydı. “Nesnelerin İnterneti” teriminin 1999 yılında bir RFID teknoloji araştırmacısı olan Kevin Ashton tarafından formüle edildiği düşünülmektedir.
1990’larda IoT ile ilgili tüm etkinlikler teorik kavramlara, tartışmalara ve bireysel fikirlere geldi. 2000’ler ve 2010’lar IoT projelerinin başarılı olmaya başladığı ve bazı pratik uygulamalar bulduğu hızlı bir gelişme dönemiydi. Akıllı lambalardan ve fitness takip cihazlarından kendi kendine giden arabalara ve akıllı şehirlere kadar birçok küçük ve büyük proje oluşturuldu. Bu, uzun bir mesafede bilgi aktarabilecek kablosuz bağlantıların ortaya çıkması ve İnternet iletişiminin artan bant genişliği nedeniyle mümkün oldu.
IoT tamamen “farklı bir İnternet” e dönüştü, böylece mevcut tüm protokoller ihtiyaçlarını karşılayamadı ve kesintisiz bağlantı sağlayamadı. Bu nedenle, özelleştirilmiş IoT iletişim protokolleri ve standartları oluşturmak hayati bir gereklilik haline geldi. Ancak, bazı mevcut teknolojiler (örn. HTTP) Nesnelerin İnterneti tarafından da kullanılır.
IoT Bağlantı Türleri
IoT sisteminin üç seviyeli bir mimarisi vardır: cihazlar, ağ geçitleri ve veri sistemleri. Veriler, dört tür iletim kanalı aracılığıyla bu seviyeler arasında hareket eder.
Aygıttan aygıta (D2D) – aracı olmadan anında bilgi paylaştıklarında iki akıllı nesne arasında doğrudan temas. Örneğin, endüstriyel robotlar ve sensörler, eylemlerini koordine etmek ve bileşenlerin montajını daha verimli bir şekilde gerçekleştirmek için doğrudan birbirine bağlanır. Bu tür bağlantı henüz çok yaygın değildir, çünkü çoğu cihaz bu tür işlemleri gerçekleştiremez.
Cihazdan ağ geçidine – sensörler ve ağ geçidi düğümleri arasındaki telekomünikasyon. Ağ geçitleri, sensörlerden daha güçlü bilgi işlem cihazlarıdır. İki ana işlevi vardır: sensörlerden gelen verileri birleştirmek ve ilgili veri sistemine yönlendirmek; verileri analiz etmek ve bazı sorunlar bulunursa, verileri cihaza geri göndermek için. Ağ geçidi bilgi işlem yeteneklerine, ağ kapasitesine ve güvenilirliğine, veri oluşturma sıklığına ve kalitesine bağlı olarak buna veya bu çözüme daha uygun olabilecek çeşitli IoT ağ geçidi protokolleri vardır.
Veri sistemlerine ağ geçidi – bir ağ geçidinden uygun veri sistemine veri iletimi. Hangi protokolün kullanılacağını belirlemek için veri trafiğini (patlama ve tıkanıklık sıklığı, güvenlik gereksinimleri ve kaç paralel bağlantıya ihtiyaç duyulduğunu) analiz etmelisiniz.
Veri sistemleri arasında – veri merkezleri veya bulutlarda bilgi aktarımı. Bu tür bağlantı için protokollerin kurulumu ve mevcut uygulamalarla entegrasyonu kolay olmalı, yüksek kullanılabilirliğe, kapasiteye ve güvenilir olağanüstü durum kurtarmaya sahip olmalıdır.
IoT Ağlarının Türleri
Ağlar, sağladıkları mesafe aralığına göre kategorilere ayrılır.
Bir nanonetwork – algılama, hesaplama, depolama ve çalıştırma gibi çok basit görevleri yerine getiren bir dizi küçük cihaz (en fazla birkaç mikrometre boyutunda). Bu tür sistemler biyometrik, askeri ve diğer nanoteknolojilerde uygulanır.
NFC (Yakın Alan İletişimi) – elektronik cihazları birbirinden 4 cm mesafede bağlamak için düşük hızlı bir ağ. Olası uygulamalar temassız ödeme sistemleri, kimlik belgeleri ve anahtar kartlardır.
BAN (Gövde Alanı Ağı) – vücuda sabit olarak veya vücudun yakınında farklı pozisyonlarda veya vücudun içine gömülebilen (implantlar) giyilebilir bilgisayar cihazlarını bağlamak için bir ağ.
PAN (Kişisel Alan Ağı) – kabaca bir veya birkaç oda yarıçapındaki cihazları bağlamak için bir ağ.
LAN (Yerel Alan Ağı) – bir binanın alanını kapsayan bir ağ.
CAN (Kampüs / Kurumsal Alan Ağı) – sınırlı bir coğrafi alanda (işletme, üniversite) daha küçük yerel alan ağlarını birleştiren bir ağ.
MAN (Metropolitan Area Network) – mikrodalga iletim teknolojisiyle desteklenen belirli bir metropol alanı için büyük bir ağ.
WAN (Geniş Alan Ağı) – geniş ölçekli bir coğrafi alanda bulunan ve LAN’lar ve MAN’lar da dahil olmak üzere farklı küçük ağları birleştiren bir ağ.
Mesh Ağları
Kablosuz ağlar ayrıca topolojilerine, yani bir bağlantı yapılandırmasına göre kategorize edilebilir. Düğümler arasında çeşitli bağlantı kombinasyonları olabilir: çizgi, halka, yıldız, ağ, tamamen bağlı, ağaç, otobüs.
Mesh ağlar, bir hiyerarşiye sahip olmadıklarından ve hub ve her bir düğüm mümkün olduğunca çok sayıda düğüme bağlı olduğundan diğer ağ türleriyle karşılaştırıldığında en fazla avantaja sahiptir. Bilgi, iletişim sorunlarını önleyen daha doğrudan ve verimli bir şekilde yönlendirilebilir. Bu, mesh ağlarını bağlı nesneler için mükemmel bir çözüm haline getirir.
IoT Ağları için Gereksinimler
- Çok sayıda heterojen eleman bağlama kapasitesi
- Yüksek güvenilirlik
- Minimum gecikmelerle gerçek zamanlı veri iletimi
- Tüm veri akışlarını koruma yeteneği
- Uygulamaları yapılandırma yeteneği
- Cihaz düzeyinde izleme ve trafik yönetimi
- Çok sayıda bağlı nesne için maliyet etkinliği
En Popüler IoT Protokolleri, Standartları ve İletişim Teknolojileri
Şimdi IoT kablosuz protokollerinin, standartlarının ve teknolojilerinin özelliklerine bakalım. Çok sayıda seçenek ve alternatif var, ancak en popüler olanları tartışacağız.
MQTT
MQTT (Message Queue Telemetri Aktarımı), sensörlerden uygulamalara ve ara katman yazılımlarına basit veri akışları göndermek için kullanılan hafif bir protokoldür.
Protokol TCP / IP’nin üstünde çalışır ve üç bileşen içerir: abone, yayıncı ve aracı. Yayıncı veri toplar ve abonelere gönderir. Aracı, yayıncıları ve aboneleri test eder, yetkilerini kontrol eder ve güvenliği sağlar.
MQTT küçük, ucuz, düşük bellek ve düşük güçlü aygıtlara uygundur.
DDS
DDS (Veri Dağıtım Hizmeti), gerçek zamanlı, ölçeklenebilir ve yüksek performanslı makine-makine iletişimi için bir IoT standardıdır. Nesne Yönetim Grubu (OMG) tarafından geliştirilmiştir.
DDS’yi hem az yer kaplayan cihazlarda hem de bulutta dağıtabilirsiniz.
DDS standardının iki ana katmanı vardır:
Abonelere bilgi sağlayan Veri Merkezli Yayınlama-Abone Olma (DCPS)
DCPS işlevlerine bir arabirim sağlayan Veri Yerel Yeniden Yapılandırma Katmanı (DLRL)
AMQP
AMQP (Gelişmiş Message Queuing Protokolü), mesaj odaklı ara katman yazılımı ortamları için bir uygulama katmanı protokolüdür. Uluslararası bir standart olarak onaylanmıştır.
Protokolün işleme zinciri, belirli kurallara uyan üç bileşen içerir.
Exchange – iletileri alır ve sıraya koyar
Mesaj kuyruğu – mesajları istemci uygulaması tarafından güvenli bir şekilde işlenene kadar saklar
Bağlama – birinci ve ikinci bileşenler arasındaki ilişkiyi belirtir
Bluetooth
Bluetooth, çoğu akıllı telefona ve mobil cihaza entegre edilen kısa menzilli bir iletişim teknolojisidir, bu da kişisel ürünler, özellikle giyilebilir cihazlar için büyük bir avantajdır.
Bluetooth, mobil kullanıcılar tarafından iyi bilinir. Ancak çok uzun zaman önce, IoT uygulamaları için yeni önemli protokol ortaya çıktı – Bluetooth Düşük Enerji (BLE) veya Bluetooth Smart. Bu teknoloji, tüm pazar yenilikleri için ölçeklenebilir ve esnek olduğu için IoT için gerçek bir temeldir. Ayrıca, güç tüketimini azaltmak için tasarlanmıştır.
Standart: Bluetooth 4.2
Frekans: 2.4GHz
Menzil: 50-150m (Akıllı / BLE)
Veri Hızları: 1Mbps (Akıllı / BLE)
Zigbee
ZigBee 3.0, çoğunlukla endüstriyel ortamlarda kullanılan düşük güçlü, düşük veri hızlı bir kablosuz ağdır.
Zigbee İttifakı, Nesnelerin İnterneti için evrensel bir dil yarattı – Dotdot – akıllı nesnelerin herhangi bir ağda güvenli bir şekilde çalışmasını ve birbirlerini sorunsuz bir şekilde anlamasını mümkün kılıyor.
Standart: ZEEBee 3.0, IEEE802.15.4’e göre
Frekans: 2.4GHz
Menzil: 10-100m
Veri Hızları: 250kbps
WIFI
Wi-Fi, cihazların radyo kablosuz ağ iletişimi teknolojisidir. Hızlı veri aktarımı sunar ve büyük miktarda veri işleyebilir.
Bu, LAN ortamlarındaki en popüler bağlantı türüdür.
Standart: IEEE 802.11 tabanlı
Frekanslar: 2.4GHz ve 5GHz bantları
Menzil: Yaklaşık 50m
Veri Hızları: 150-200Mbps, maksimum 600 Mbps
Cellular (Hücresel)
Hücresel teknoloji cep telefonu şebekelerinin temelini oluşturur. Ancak, daha uzun mesafelerde çalışması gereken IoT uygulamaları için de uygundur. GSM, 3G, 4G (ve yakında 5G) gibi hücresel iletişim özelliklerinden yararlanabilirler.
Teknoloji yüksek miktarda veri aktarabilir, ancak güç tüketimi ve masraflar da yüksektir. Bu nedenle, az miktarda bilgi gönderen projeler için mükemmel bir çözüm olabilir.
Standart: GSM / GPRS / EDGE (2G), UMTS / HSPA (3G), LTE (4G)
Frekanslar: 900/1800/1900 / 2100MHz
Menzil: 35km (GSM); 200km (HSPA)
Veri Hızları: 35-170kps (GPRS), 120-384kbps (EDGE), 384Kbps-2Mbps (UMTS), 600kbps-10Mbps (HSPA), 3-10Mbps (LTE)
LoRaWAN
LoRaWAN (Uzun Menzilli Geniş Alan Ağı), geniş alan ağları için bir protokoldür. Milyonlarca düşük güçlü cihazla büyük ağları (örneğin akıllı şehirler) desteklemek için tasarlanmıştır.
LoRaWAN, çeşitli endüstrilerde düşük maliyetli mobil ve güvenli çift yönlü iletişim sağlayabilir.
Standart: LoRaWAN
Frekans: Çeşitli
Menzil: 2-5km (kentsel alan), 15km (banliyö bölgesi)
Veri Hızları: 0.3-50 kbps
Sonuç
Nesnelerin İnterneti dijital dönüşüm ve otomasyonun temeli haline geldi, yeni iş olanakları geliştirdi ve yaşama, çalışma şeklimizi geliştirdi.
Uygun bağlantı türünü seçmek, herhangi bir IoT projesinin kaçınılmaz bir parçasıdır. Bu makale, akıllı cihazlarınızı internete nasıl bağlayacağınız konusunda genel bir fikir vermektedir. Kesin bir IoT protokolleri karşılaştırması yapmak veya diğer BT hizmetlerinde profesyonel yardıma ihtiyacınız varsa, bir ThingsOn uzmanıyla görüşün.
