بررسی پروتکل‌های ارتباطی اینترنت اشیاء در سال 2021 (ZigBee, NFC و…) – قسمت دوم

در قسمت اول با مقدماتی درباره پروتکل‌های ارتباطی اینترنت اشیاء آشنا شدید. در این قسمت می‌خواهیم 10 تا از بهترین پروتکل‌های اینترنت اشیاء (از جمله وای‌فای، لورا، ZigBee ،NFC و…) در سال 2021 را بررسی کنیم.

با سیسوگ همراه باشید!

1- وای‌فای Wifi

استاندارد: برپایه IEEE 802.11n (که امروزه مصارف خانگی دارد.)

فرکانس‌ها: باند‌های 2.4GHz و 5GHz

محدوه تقریبی: 50-100 متر
نرخ داده: معمولاً ۱۵۰ تا ۲۰۰Mbps و حداکثر 600Mbps (همچنین به کانال فرکانسی مورد استفاده و تعداد آنتن ها نیز بستگی دارد، آخرین استاندارد ‎802.11-ac سرعت 500Mbps تا 1Gbps را پیشنهاد می دهد.)

وای‌فای یکی از محبوب‌ترین پروتکل‌های ارتباطی IoT است. این نوع اتصال برای محیط شبکه محلی LAN بهتر کار می‌کند و انتقال داده سریعی را ارائه می‌دهد. توانایی انتقال حجم زیادی از داده (مثل فیلم و عکس) را ارائه می‌دهد. بسیاری از توسعه دهندگان این گزینه را انتخاب می‌کنند.

همان‌طور که اشاره شد، وای‌فای بر اساس استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ n است که در بیشتر خانه‌ها و محل های کار مورد استفاده قرار می‌گیرد و سرعت‌های بالایی در حد مگابیت بر ثانیه را پیشنهاد می‌دهد که برای انتقال فایل مناسب است، اما مصرف برق بسیار بالای آن برای بسیاری از دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) مناسب نیست.

2- بلوتوث – Bluetooth

استاندارد: هسته بلوتوث 4.2

فرکانس: 2.4 GHz (ISM)

محدوده تقریبی: 50-150متر (Smart/BLE)

نرخ داده: 1Mbps (Smart/BLE)

بلوتوث یکی از مهم‌ترین فناوری‌های ارتباطات کوتاه برد است. ارسال داده‌های کوچک، در محصولات شخصی مانند ساعت‌های هوشمند بسیار مناسب است.

بلوتوث بهترین گزینه برای دستگاه‌های تلفن همراه بوده و یکی از پروتکل‌های مهم اینترنت اشیاء است. امروزه بلوتوث جدید کم مصرف (BLE) یا بلوتوث هوشمند (Smart) چیزی است که شرکت‌های توسعه دهنده اینترنت اشیاء برای محصولات مصرفی مختلف از آن استفاده می‌کنند.
با کاهش مصرف برق در این پروتکل، می‌توان گفت بلوتوث یک فناوری پایه واقعی برای IoT است. بلوتوث یک پروتکل مقیاس پذیر و انعطاف پذیر برای همه نوآوری‌های بازار است.

3- زیگ‌بی ZigBee

استاندارد: zigbee 3.0 بر پایه IEEE802.15.4

فرکانس: 2.4Ghz

محدوده تقریبی: 10-100m

نرخ داده: 250kbps

زیگبی هم همانند بلوتوث یکی از پروتکل‌های مهم در اینترنت اشیاء است. این پروتکل، مزایای قابل توجهی از جمله مصرف برق بسیار کم، امنیت بالا، استحکام و مقیاس پذیری بالا و همچنین قابلیت کنترل بی سیم را در سیستم‌های پیچیده ارائه می‌دهد.
مانند بلوتوث، ZigBee نیز کاربران بسیار زیادی دارد.

به طور خلاصه، از زیگبی در دستگاه‌های صنعتی که در آن مصرف برق کم و تعداد دستگاه‌های داخل شبکه کمتر است، استفاده می‌شود. با حداکثر 1024 گره در شبکه، Zigbee می‌تواند داده‌ها را تا 200 متر منتقل کند. ZigBee حتی می‌تواند از رمزگذاری AES 128 بیتی نیز استفاده کند!

4- ام کیو تی تی MQTT

استاندارد: ISO/IEC 20922

نرخ داده: داده هایی با حجم 256Mb

MQTT یک پروتکل برای پیام‌های بسیار سبک، همانند ارسال جریان داده از حسگرها است. این پروتکل (همانند FTP و SSH و…) بر روی شبکه TCP/IP کار می‌کند.

MQTT قابلیت ادغام با هر شبکه‌ای که اتصالات منظم، بدون گم شدن و دو جهته را ارائه می‌دهد را دارد. پروتکل MQTT شامل 3 عنصر اصلی است: subscriber،publisher و broker
کاربرد این پروتکل بیشتر در شبکه‌های بی سیمی است که هر از گاهی محدودیت پهنای باند یا اتصالات غیرقابل اعتماد را تجربه می‌کنند. برای مثال، اگر از اینترنت شبکه همراه استفاده می‌کنید، ممکن است این پروتکل به ارتباط بهتر دستگاه‌های شما کمک کند. فیس‌بوک از MQTT برای چت آنلاین استفاده کرده است.

5- پروتکل صنعتی OPC-UA

OPC UA یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطی برای صنعت و اینترنت اشیاء است که تحت پروتکل ارتباطی صنعتی M2M قرار می‌گیرد.

مانند MQTT (که بر روی شبکه بر روی شبکه TCP/IP یا هر شبکه مشابهی کار می‌کرد) OPC UA هم یک استاندارد مستقل از پلت فرم است که از طریق آن انواع سیستم‌ها و دستگاه‌ها می‌توانند با ارسال پیام‌های درخواست و پاسخ بین سرویس گیرندگان و سرورها ارتباط برقرار کنند.

6- شبکه سلولی Cellular

استاندارد: GSM/GPRS/EDGE(2G), UMTS/HSPA(3G), LTE(4G)

فرکانس: 900/1800/1900/2100MHz

محدوده تقریبی: GSM تا حدود 35km و HSPA حداکثر تا 200km

نرخ داده: متوسط سرعت دانلود حدود 35 تا 170kbps

پروتکل‌های اینترنت اشیاء سلولی معمولاً در همه جا از قبل نصب شده‌اند و شما برای راه اندازی شبکه خود، نیازی به صرف هزینه و زیرساخت ندارید.
همچنین محدودیتی از لحاظ منطقه‌ای، کشور و یا حتی بین قاره‌ای نیز ندارید!
اگرچه شبکه‌های سلولی قادر هستند تا جریان عظیمی از داده‌ها را به سادگی براش ما جابجا کنند، اما دستگاه‌های اینترنت اشیاء مجهز به شبکه سلولی، توان بسیار زیادی را مصرف می‌کنند.

هر زمان که نیاز بود تا اجسامی مانند چراغ‌های خیابان، پارکومترها، بیمارستان‌ها یا تعداد بی‌شماری واحدهای تولیدی و کشاورزی را مدیریت کنید، پروتکل‌های تلفن همراه می‌توانند محدودیت تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه را حذف کنند. با ظهور 5G و بهبود زیرساخت‌ها، پروتکل‌های ارتباطی سلولی، تبدیل به یک انتخاب مناسب شده‌اند.

7- زد وِیو Z Wave

استاندارد: Z-wave Alliance

فرکانس: متغیر

محدوده تقریبی: 30m

نرخ داده: از 0.3 تا 50Kbps

این پروتکل، ارتباطی بی سیم بر اساس فناوری ارتباطات RF کم مصرف است. برای محصولات اتوماسیون خانگی مانند کنترل کننده لامپ، حسگرها و… ترجیح داده می‌شود.
بسیار منعطف بوده و امکان کنترل حداکثر 232 دستگاه را فراهم می‌کند.
بر اساس توپولوژی شبکه مش، دستگاه‌های مبتنی بر Z-Wave می‌توانند تا 40 متر فاصله ارتباطی داشته باشند. این شبکه می‌تواند به 4 گره دیگر هم متصل شود.

همچنین تمام لایه‌های فیزیکی (physical) تا کاربردی (application) شبکه را نیز پوشش می‌دهد.

8- ارتباطات میدان‌نزدیک NFC

استاندارد: ISO/IEC 18000-3

فرکانس: 13.56MHz (ISM)

محدوده تقریبی: 10cm

نرخ داده: 100-420 kbps

ارتباطات میدان‌نزدیک یا NFC (Near Field Communication) یکی از پروتکل‌های ارتباطی محبوب این روزها است. با توجه به قرار گرفتن این تکنولوژی در تلفن‌های هوشمند و سهم بازاری که تلفن‌های هوشمند از آن خود کرده‌اند، این پروتکل به مشتریان امکان می‌دهد از طریق تلفن‌های هوشمند خود پرداخت‌های بدون تماس را انجام دهند.

این پروتکل از القای الکترومغناطیسی بین دو آنتن حلقه‌ای که در نزدیک یکدیگر قرار گرفته‌اند، استفاده می‌کند. به این ترتیب دستگاه‌ها را قادر می‌سازد تا اطلاعات را در فاصله کمتر از 4 سانتی متر به اشتراک بگذارند.

NFC به دو حالت ارتباطی اجازه می‌دهد:

9- شبکه گسترده لورا LoRaWAN

استاندارد: LoRaWAN

فرکانس: متغیر

محدوده تقریبی: تقریبا 2.5 کیلومتر (در محیط شهری) و 15 کیلومتر (در محیط باز)

نرخ داده: 0.3 تا 50Kbps

Lora یک شبکه گسترده رادیویی با برد بسیار زیاد است که امنیت بسیار خوب، همراه با هزینه کم را برای شهرهای هوشمند و برنامه‌های صنعتی فراهم می‌کند. جالبی این پروتکل مصرف بسیار پایین و برد بسیار بالای آن است. در صورت استفاده درست از رمزگذاری‌های استفاده شده در آن، امنیت بسیار خوبی را ایجاد می‌کند. شبکه آن بسیار بزرگ بوده و می‌تواند از میلیون‌ها دستگاه پشتیبانی کند!

به عنوان یک مثال عملی، می‌توان کنترل روشنایی در یک خیابان هوشمند را مثال زد که تمامی چراغ‌ها در بستر LoRa و به کمک پروتکل LoRaWAN به همدیگر متصل شده‌اند.

از دیگر ویژگی‌های لورا، تشخیص خرابی و ترمیم خودکار داده‌های ارسالی است. همچنین بدون کمک ماهواره‌های GPS می‌توان یک سیستم موقعیت یاب زمینی ساخت.

10 – SigFox

استاندارد: Sigfox

فرکانس: 900Mhz

محدوده تقریبی: تقریبا 3-10 کیلومتر (در محیط شهری) و 30-50 کیلومتر (در محیط باز)

نرخ داده: 10 تا 1000bps

ارتباطات Sigfox با هدف اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر (M2M) طراحی شده و ناحیه وسیعی را پوشش می‌دهد.

اتصال بی سیم SigFox برای هرگونه ارتباطی که نیاز به حداقل مقدار مصرف برق دارد، مناسب است. بنابراین اگر دستگاه‌های از راه دور زیادی دارید که قرار است طولانی مدت به کمک باتری کار کنند و نیازی به تعمیر و نگه داری نداشته باشند، به دنبال پروتکل ارتباطی SigFox باشید.

ارتباط SigFox دو طرفه است و در موارد زیر استفاده زیادی می‌شود:

بهترین پروتکل اینترنت اشیاء برای شما کدام است؟

انتخاب درست از میان پروتکل‌های ارتباطی اینترنت اشیاء (IoT Communication Protocols) برای پروژه، یک تصمیم مهمی است! تنها پروتکل های بالا وجود ندارند و ما در اینجا 10 تا از بهترین ها را در سال 2021 میلادی بررسی کردیم.

برای یک انتخاب درست، تمرکز شما را بر روی دو پارامتر اصلی قرار می‌دهیم:

شما استفاده از کدام پروتکل را ترجیح می‌دهید؟ در قسمت دیدگاه‌ها برای ما بفرستید!

منبع