اپلیکیشنهای اینترنت اشیا در موارد مصرفی بسیار زیادی از حوزههای شخصی تا صنعتی با سرعت بسیار بالایی در حال رشد هستند. پیشرفت‌های فنی، انتخاب اتصال وایرلس برای طراحی اپلیکیشنهای خاص و متمرکز بر نیازهای صنعتی منحصر به فرد را دشوار کرده است. در این مطلب گزینه‌های ممکن برای انتخاب را به صورت شفاف بیان می‌کنیم و مقیاس‌های فنی مختلفی با کلاسبندی برای هر یک از تکنولوژی‌های وایرلس را بررسی می کنیم. شما می‌توانید طبق این کلاسبندی تصمیم بگیرید کدام تکنولوژی وایرلس بهترین و مناسب‌ترین گزینه برای حل مشکل پیاده‌سازی اینترنت اشیای شماست. این مطلب همچنین نکات برجسته‌ای درباره تاریخچه مختصر هر تکنولوژی، توانایی هر پروتکل و حوزه های اصلی اپلیکشن‌های آنها را ارائه میدهد.
موارد زیر برخی از مولفههای گسترده و اثرگذار بر تصمیم‌گیری شما هستند:
- نوع اپلیکیشن یا خدمت صنعتی
- دسترسی آسان به تکنولوژی یا دسترس‌پذیری سخت افزار
- طیف موج RF مورد استفاده
- جهت‌دهی به نگرانی‌های امنیتی
- پشتیبانی از تکنولوژِی‌ها
- نرخ داده
- بلوتوث کم مصرف Bluetooth Low Energy
بلوتوث کلاسیک که نیاکان این نوع بلوتوث محسوب میشود، به علت دردسترس‌پذیری در گوشیهای هوشمند برای استفاده از استریم موسیقی یا صداها حین تماس بسیار محبوب است. مشخصات بلوتوث استاندارد توسط گروه Special Interest مدیریت میشود که اخیرا مشخصات بلوتوث ۵.۰ را منتشر کرده است.
بلوتوث ۵ ظاهرا به خاطر طیف اتصالات خوب و قابل توجهش، مثل گنجاندن مش پروفایل (mesh profile) در ویژگی های استاندارد خود در حال پایدار شدن در دنیای اینترنت اشیا است. بلوتوث ۵ به سبب تطبیق بالا با نیمه‌رسانه‌های شرکت‌های مختلف، اولین انتخاب برای اتصالات اینترنت اشیا به منظور حل مشکلات شخصی‌سازی صنعت‌های مصرف‌کننده مختلف است.
از آنجایی که صنایع مختلف در حال تطبیق با اپلیکیشنهای مبتنی بر بلوتوث و استفاده از مزایای آن هستند، این بلوتوث در حال کسب محبوبیت بسیار زیادی است. اجازه بدهید از “ردیابی دارایی” (asset tracking) به عنوان یک نمونه کوچک از خدمات صنعتی که استفاده از بیکن‌های بلوتوث در آنها محبوب است را نام ببریم. دروازههای (gateway) اینترنت اشیا نقشی حیاتی در کلیت این راهکار ایفا میکنند. یک مثال صنعتی دیگر، استفاده از بیکن (beacon) بلوتوث در بخش سلامت است که در آن بیمارستان میتواند از یک مچبند برای ردیابی حرکت بیماران استفاده کند یا قطعاتی بسازد که با آن حرکت اجسام ردیابی شود. دروازههای این نوع بلوتوث میتواند موقعیت فیزیکی کارکنان را جمعآوری کنند و آنها را به اپلیکیشنهای مبتنی بر ابر یا موبایل گزارش دهند.
امروزه بعد از معرفی پروفایل مش بلوتوث ۵، راهکار های ردیابی دارایی با مشهای بلوتوث کم مصرف ساخته میشوند. ساخت اتوماسیون، نورپردازی تجاری و شبکههای سنسور حوزههای اصلی هستند که مش بلوتوث کم‌مصرف در آنها استفاده میشود.
بلوتوث کم‌مصرف میتواند در اپلیکیشنهایی که نیازمند ارتباط مستقیم بین دستگاه و گوشی هوشمند هستند مورد استفاده قرار بگیرد. برای مثال حین ردیابی جریان مشتریان در شعبه خاص یک فروشگاه بسیار بزرگ، بیکونهای این نوع بلوتوث میتوانند برای تعامل بین گوشیهای مشتریان به منظور هدایت جریان داده مورد استفاده قرار بگیرند. مثال دیگر، دستگاههای هوشمند پوشیدنی مثل ردیابهای تناسب اندام هستند که در آنها گوشی هوشمند کاربر مستقیما با ردیاب، تبادل اطلاعات میکند. موارد زیر مولفههای فنی مختلف برای بلوتوث کم انرژی ۵ هستند.
- زیگبی Zig Bee
زیگبی پروتکلی است که حدودا از سال ۱۹۹۰، حتی قبل از حضور اینترنت اشیا در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. علت محبوبیت زیگبی در اتوماسیون صنعتی، طراحی بهینه شبکههای شخصی منطقهای وایرلس (WPAN) برای سنسورهای وایرلس است. شرکت زیگبی الاینس در سال ۲۰۰۵ تاسیس شد و در همان سال خصوصیات زیگبی ورژن ۱.۰ را اعلام کرد که با عنوان IEE802.15.4-2003 مشهور است. بعد از تاسیس شرکت زیگبی الاینس، اصلاحات بیشتری روی مشخصات فنی زیگبی انجام و تحت عنوان زیگبی ۳.۰ منتشر شدند.
زیگبی از چرخه وظایف وفق‌پذیر، امواج رادیو با پوشش کم و نرخ داده پایین که به دستیابی به مصرف بسیار پایین برق و بهینگی کمک میکند، پشتیبانی لازم را به عمل میآورد. این خصوصیت زیگبی آن را به پایدارترین استاندارد ساخت WPAN در مقیاس گسترده تبدیل کرده است. این پروتکل از ۵۴۴۳۵ دستگاه در یک شبکه برای ساخت یک اپلیکیشن که نیازمند شبکههای گسترده است، پشتیبانی میکند. همچنین از توپولوژیهای مختلفی مثل توپولوژی ستارهای یا نظیر به نظیر (peer to peer) نیز پشتیبانی میکند.
توانایی‌های تکنولوژی زیگبی در مقایسه با سایر پروتکلهای اینترنت اشیا
پشته آن برای تمام لایه‌ها استاندارد سازی شده است که این مسئله به یکپارچگی میان وندورهای (vendor) مختلف کمک میکند.
پشتیبانی بسیار زیاد از شبکههای مش مقیاس‌پذیر با ویژگی خودبهبودی
مصرف انرژی بسیار پایین
موارد زیر مشخصه های فنی زیگبی هستند.
- زد ویو Z-Wave
زد ویو در ابتدا برای اپلیکیشنهای اتوماسیون خانگی استفاده شد. این پروتکل در سال ۱۹۹۹ توسط شکرت دانمارکی زنسیس معرفی شد. زدویو از شبکه مش برای ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده میکند. آزمایشگاه سیلیکون خصوصیات زد ویو را طراحی و نگهداری میکند و قطعاتی فراهم میکند که از زد ویو پشتیبانی میکنند. از آنجایی که زد ویو از ۲۳۲ نود در یک شبکه مش پشتیبانی میکند و نسبت به سایر پروتکلها رقم بسیار کمی است، در درجه اول میتواند بهترین گزینه برای اپلیکیشنهای اتوماسیون خانگی باشد.
دو نوع دستگاه در این پروتکل تعریف شده است که کنترلگر و مطیع نامیده میشوند. دستگاه کنترلگر معمولا به اینترنت وصل میشود و به عنوان دروازه (gateway) برای دسترسی خارجی دستگاههای مطیع در اینترنت خدمترسانی میکند. برای ایجاد محصولاتی با زد ویو، باید قطعاتی از آزمایشگاه سیلیون و پشته زدویو و شرکت زد الاینس خریداری کنید. همچنین گواهی شرکت زد ویو الاینس نیز برای تولید چنین محصولاتی مورد نیاز است.
تصویر زیر مولفههای فنی مختلف پروتکل زد ویو را نشان میدهد.
- ثِرِد Thread
ثرد یکی از نوآوریهای جدید تاریخ اینترنت اشیا است. این پروتکل، یک پروتکل مبتنی بر آی پی ورژن ۶ شبکه مش کم‌مصرف برای اینترنت اشیا است. گروه ثرد، در سال ۲۰۱۳ این پروتکل را معرفی کرد. شرکت اپل در آگوست ۲۰۱۸ به این پروتکل پیوست و امیدهایی برای دستیابی پروتکل ثرد به محبوبیت را ایجاد کرد.
ثرد از ۶LoWPAN در لایههای پایین استفاده میکند و مانند پروتکلهای دیگر،باند ism آن ۲.۴ گیگا هرتز است. ثرد همچنین خط مرز واضحی بین لایه شبکه و لایه خدمت قائل است. در حقیقت این پروتکل، مش را با فراهم کردن یک استراتژی برای دیاگرام مسیر مبتنی بر آی پی ورژن ۶ تعریف میکند. پروتکل ثرد وضعیت لایه خدمت را پیگیری نمیکند و در لایه خدمت، پروتکلی مثل CoAP میتواند مورد استفاده قرار بگیرد. به همین دلیل ثرد در جایی که لایه شبکه و لایه خدمت متفاوت هستند، با پورتکل استاندارد TCP/IP به خوبی وفق پیدا میکند.
ثرد بیشتر مناسب سیستمهایی است که در آنها چندین پروتکل خدمت مورد استفاده قرار میگیرد. حداقل نیازمندی برای استفاده از این پروتکل این است که لایه خدمت باید نرخ داده پایینی داشته باشد و بهتر است که از آی پی ورژن ۶ نیز استفاده کند.
یک روتر لبه در پروتکل ثرد وجود دارد که به آن روتر مرزی گفته میشود و چندین نود یا دستگاه مطیع دارد. روتر مرزی اتصال اینترنت را ایجاد میکند و به عنوان یک دروازه برای دسترسی از راه دور به دیگر دستگاههای انتهایی شبکه خدمترسانی میکند. اگر آدرسهای آی پی جهانی ورژن ۶ در مش استفاده شوند، هر دستگاهی در مش میتواند مستقیما از طریق این آی پی قابل دسترسی باشد. هیچ نقطه منفرد شکستی در شبکه ثرد وجود ندارد چون شبکه خرابیهای خود را به شکل خودکار تعمیر میکند.
اخیرا گروه ثرد ورژنهای ۱.۲ این پروتکل را منتشر کردهاند. ثرد در محیطهای مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار میگیرد. ثرد ۱.۲ افزونههای تجاری را به منظور گسترش استفاده تجاری به خود اضافه کرده و عملکرد خاص این افزونهها را نیز مورد اصلاح قرار میهد. افزونههای تجاری به چند پیشرفت مهم در فرآیند راه اندازی (commissioning)، تعداد دستگاههای قادر به اتصال به شبکه و روش تنظیم و مدیریت این شبکهها دست پیدا کرده اند.
موارد زیر مشخصات فنی پروتکل ثرد هستند.