اتصال همه چیز به شبکه اینترنت اشیاء

مرکزیت اینترنت اشیاء، شبکه است. فناوری های شبکه به دیوایس های اینترنت اشیاء امکان ارتباط با دیگر دیوایس ها و نیز نرم افزار ها و سرویس های اجرا شده بر روی فضای ابری را می دهند.
اساس اینترنت، مبتنی بر یک سری پروتکل های استاندارد است که امکان برقراری ارتباط امن و قابل اطمینان بین دیوایس ها را فراهم می کنند.
پروتکل های استاندارد، یک سری قوانین و قالب هایی را مشخصی می کنند تا دیوایس ها از آن ها برای ایجاد و مدیریت شبکه و همچنین انتقال داده بر روی آن شبکه استفاده کنند.

ما معمولا شبکه را به صورت فناوری های دسته بندی شده توصیف می کنیم. فناوری های دسته پایین مانند Bluetooth LE به صورت فیزیکی به قطعات متصل می شوند و فناوری های دسته بالاتر مانند IPv6 به آدرس دهی منطقی قطعات و مسیریابی ترافیک شبکه می پردازند. فناوری های دسته بالا با نرم افزارهای اجراشده بر روی لایه هایشان استفاده می شوند مانند فناوری به صف کردن پیام ها.

در این مقاله قصد داریم یک سری از فناوری های فراگیر و استاندارد های شبکه در اینترنت اشیاء را شرح دهیم.  همچنین توصیح خواهیم داد که استفاده از هر پروتکل برای چه کاربردی مناسب است. سپس درباره ی چالش ها و ملاحظات موجود در شبکه ی مورد استفاده در اینترنت اشیاء، از جمله محدوده، پهنای باند، توان مصرفی، اتصال متناوب، قابلیت تعامل و امنیت صحبت خواهیم کرد.

استانداردها و فناوری های شبکه

مدل اتصال متقابل سامانه های باز (OSI) یک استاندارد ISO است که یک پشته از هفت لایه پروتکل را توصیف می کنداز بالا به پایین لایه ها عبارتند از: کاربرد، نمایش، جلسه، انتقال، شبکه، پیوند داده و فیزیکی. مجموعه پروتکل اینترنت(TCP/IP)، که پایه و اساس اینترنت می باشد، یک پیاده سازی ساده شده ی  واقعی از مدل OSI است.

لایه های OSI و TCP/IP

شکل 1 – مدل TCP/IP و OSI

TCP/IP شامل چهار لایه می باشد. در برخی از لایه های OSI در TCP/IP با هم دیگر ترکیب شده اند.

دسترسی به شبکه و لایه ی فیزیکی

این لایه در مدل TCP/IP معادل دو لایه ی اول از مدلOSI  می باشد. لایه ی فیزیکی (لایه ی شماره یک در OSI) در حقیقت نحوه ی ارتباط فیزیکی شبکه به سخت افزارهای دیگر را تحت نظر دارد. مثلا فیبر نوری، سیم ها یا امواج رادیویی (ارتباط بی سیم) که wifi یکی از آن هاست. در لایه ی پیوند داده (لایه ی شماره دو در OSI) قطعات با مک آدرس (MAC Address) مختص خودشان شناسایی می شوند و پروتکل های این لایه آدرس دهی فیزیکی را انجام می دهند. مثلا اینکه خطوط انتقال چگونه فریم (frame) ها را بر روی شبکه ارسال می کنند.

لایه ی اینترنت

این لایه معادل لایه ی سوم از مدل OSI می باشد که وظیفه اش آدرس دهی منطقی است. پروتکل ها در این لایه مشخص می کنند که روترها (routers) چگونه بسته ها (packets) را از هاست مبدا به هاست مقصد که با آدرس IP مشخص شده اند، ارسال کنند.  IPv6 آدرس دهی است که معمولا در اینترنت اشیاء استفاده می شود.

لایه انتقال

تمرکز لایه ی انتقال (لایه ی چهارم  OSI) بر روی ارتباط سرتاسر (end-to-end) می باشد و ویژگی هایی مانند قابل اعتماد بودن، جلوگیری از تداخل داده ها و ضمانت رسیدن داده ها به دست گیرنده، به همان تریبی که ارسال شده اند، را محیا می سازد. پروتکل UDP (پروتکل دیتاگرام کاربر) پروتکلی است که به دلیل بهینه بودن اغلب برای لایه ی انتقال در اینترنت اشیاء به کار می رود.

لایه ی کاربرد

لایه ی کاربرد ( معادل لایه ی 5 ، 6 و 7 در OSI) پیام رسانی در سطح کاربرد را پوشش می دهد. HTTP/S پروتکلی است که به طور وسیع در اینترنت به کار می رود.

با اینکه مدل های لایه ای OSI و TCP/IP می توانند برخی پروتکل ها را به خوبی توضیح دهند و زیرساخت خوبی برای آن ها هستند، اما برخی پروتکل ها وجود دارند که قابل پیاده سازی در این مدل ها نیستند. به طور مثال کاربرد پروتکل امنیت لایه ی انتقال(TLS) که برای رمزگذاری جهت تضمین حریم خصوصی و درستی داده ها در ترافیک شبکه مورد استفاده قرار می گیرد را می توان  در لایه های 5، 6 و 7 مدل OSI در نظر گرفت.

پروتکل شبکه در اینترنت اشیاء

برخی از پروتکل هایی که از مدل لایه ای TCP/IP نگاشت شده اند و  به طور وسیع در اینترنت اشیاء به کار می روند، در شکل 2 نمایش داده شده اند.

پروتکل های اینترنت اشیاء

شکل 2 – برخی پروتکل های نگاشت شده از TCP/IP مورد استفاده در اینترنت اشیاء

تعدادی فناوری شبکه ی نوظهور در حال توسعه در فضای اینترنت اشیاء هستند. فناوری های چندگانه که توسط فروشندگان معرفی می شوند و یا در بازارهای مختلف مانند خانه هوشمند، سلامتی و اینترنت اشیاء صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، اغلب پیاده سازی های جایگزین برای استانداردهای موجود هستند. به طور مقال استاندارد IEEE802.15.4 نحوه ی کارکرد شبکه ی بی سیم  نرخ پایین محدوده ی شخصی (LR-WPAN) را توصیف می کند که با فناوری های مختلفی مانند زیگبی (ZigBee)، Z-Wave ، EnOcean، SNAP و 6LoWPAN پیاده سازی می شود.

فناوری هایی مانند اترنت (Ethernet) که برای اتصال به اینترنت استفاده می شوند نیز قابل پیاده سازی در اینترنت اشیاء هستند اما فناوری های جدید که درخور چالش های اینترنت اشیاء باشند در حال توسعه اند. اگر به طور خاص به فناوری های انتقال فیزیکی توجه داشته باشیم، به چالش های اساسی  و خاص در قطعات اینترنت اشیاء و زیرساخت های اینترنت اشیاء مواجه می شویم.

ساختار یک شبکه توپولوژی نام دارد. توپولوژی های متداول در اینترنت اشیاء، توپولوژی های ستاره و مش می باشند. در توپولوژی ستاره، هر قطعه ی اینترنت اشیاء به طور مستقیم به یک قطب مرکزی متصل می شود دروازه یا (gateway) که داده های خود را برای آن فرستاده و از آن دریافت می کنند. در توپولوژی مش، هر قطعه به قطعات دیگر درون محدوده شبکه متصل می باشد. نود (Node) های شبکه می توانند یک سنسور ساده ، یک سنسور با قابلیت تعیین مسیر و یا یک دروازه باشند. شبکه های مش، پیچیده تر از شبکه های ستاره هستند اما در شبکه های مش مزیت خطای کمتر وجود دارد؛ چون در این توپولوژی نیازی به اعتماد کردن به فقط یک دروازه ی مرکزی نیست.

فناوری های لایه ی دسترسی به شبکه و فیزیکی در شبکه ی اینترنت اشیاء

فناوری هایی که باید درباره ی آن ها بدانید، عبارتند از: سلولی(cellular)، wifi و اترنت (Ethernet) و یا راه حل های تخصصی تر مانند LPWAN ، بلوتوث کم انرژی (BLE) زیگبی (ZigBEE) ان اف سی (NFC) و آراف آیدی (RFID)

LPWAN

شبکه ی بی سیم کم توان گستره وسیع یک دسته از فناوری های ارتباط بی سیم کم توان و گستره وسیع است و به همین جهت برای استفاده مقیاس بزرگ در قطعات اینترنت اشیاء کم توان مانند سنسور های بی سیم ایده آل می باشد. فناوری های LPWAN عبارتند از: لورا (LoRa) یا پروتکل محدوده وسیع لایه ی فیزیکی، هی استک (Haystack) سیگفاکس (SigFox)، LTE-M، و اینترنت اشیاء باند باریک(NB-IoT)

Cellular (سلولی)

استانداردهای NB-IoT و LTE-M جهت محیا کردن  ارتباط کم هزینه و کم توان در حوزه ی اینترنت اشیاء با استفاده از شبکه های سلولی موجود، تعریف شده اند. NB-IoT جدیدترین این استاندارد هاست که تمرکز آن بیشتر بر روی ارتباط محدوده ی وسیع بین تعداد زیادی از قطعات یک محیط بسته می باشد. LTE-M و NB-IoT به طور اختصاصی برای اینترنت اشیاء توسعه یافته اند و این در حالی است که از دیگر فناوری های سلولی دیگر که کمتر برای ارتباط بی سیم محدوده ی وسیع به کار می روند نیز استفاده می شود. از بین آن ها می توان شبکه ی 2G یا GSM و CDMA که در حال خارج شدن از دور می باشند و شبکه های 3G و 4G را نام برد.

بلوتوث کم انرژی (BLE)

BLE یک نسخه ی کم توان از پروتکل بی سیم معروف بلوتوث 2.4 گیگاهرتزی می باشد که برای ارتباطات محدوده ی کوچک (کمتر از 100 متر) طراحی شده است و معمولا به صورت ستاره (یعنی قابل کنترل توسط یک قطعه ی ثانویه) به کار می رود. بلوتوث در دو لایه ی فیزیکی و پیوند داده از مدل OSI عمل می کند.BLE برای استفاده در قطعاتی که با حجم کمی داده سروکار دارند و طوری طراحی شده اند که هنگام نداشتن داده به حالت sleep بروند و انرژی خود را ذخیره کنند، بسیار مناسب می باشد. قطعات شخصی اینترنت اشیاء مانند پوشیدنی ها، قطعات مخصوص سلامتی و کنترل وضعیت تناسب اندام معمولا از BLE استفاده می کنند.

ZigBee

زیگبی نیز در فرکانس 2.4 گیگاهرتز از طیف فرکانسی کار می کند ولی محدوده ی وسع تری را نسبت به BLE که حدود 100 متر بود را پوشش می دهد. همچنین نرخ داده اش اندکی کمتر از BLE می باشد.( بیشینه ی 250 کیلوبایت بر ثانیه در مقایسه با 270 کیلوبایت بر ثانیه در BLE). زیگبی یک پروتکل شبکه ی مش است و برخلاف BLE تمام قطعات (بسته به محل قرار گیریشان در مش و اینکه آیا به عنوان روتر یا کنترلر به کار می روند یا نه) به حالت sleep نمی روند. زیگبی برای کاربرد های ساختمان و خانه ی هوشمند مانند کنترل نور چراغ ها طراحی شده است. یک استاندارد نزدیک به زیگبی Z-Wave بوده که آن نیز بر پایه ی استاندارد IEEE 802.15.4 MAC است.Z-Wave  نیز برای خانه ی هوشمند طراحی شده و اخیرا به عنوان یک فناوری اختصاصی  منتشر شده است.

NFC

پروتکل NFC برای ارتباط در محدوده ی بسیار کوتاه (4 سانتی متر) مانند قرار دادن تگ روبه روی یک تگ خوان (Tag Reader)  استفاده می شود.NFC معمولا در سامانه های پرداخت به کار می رود اما در سامانه های حضور و غیاب و برچسب های هوشمند برای ردیابی دارایی در کاربرد های اینترنت اشیاء صنعتی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

RFID

RFID مخفف عبارت بازشناسی با فرکانس رایویی می باشد. تگ های RFID شناسایی کننده ها (identifiers) و داده ها را در خود ذخیره می کنند و به قطعات جهت خوانده شدن توسط خواننده های RFID اضافه می شوند. محدوده ی معمول برای عملکرد RFID کمتر از یک متر می باشد. تگ های RFID می توانند فعال، غیرفعال و یا نیمه فعال باشند. تگ های ایده آل برای قطعات بدون باتری ایده آل بوده و به صورت غیرفعال قابل خواندن می باشند. تگ های فعال، اطلاعات هویتی خود را به صورت دوره ای منتشر می کنند و تگ های نیمه فعال فقط زمانی فعال می شوند که خواننده ی RFID موجود باشد.Dash7 یک پروتکل ارتباطی است که از RFID فعال استفاده می کند و برای کاربرد های اینترنت اشیاء صنعتی و ارتباط محدوده وسیع امن طراحی شده است. همانند NFC یک کاربرد معمول RFID ردیابی محصولات لیست شده در خرده فروشی ها و کاربردهای اینترنت اشیاء صنعتی می باشد.

وای فای (WIFI)

وای فای یک شبکه ی بی سیم استاندارد بر پایه ی IEEE 802.11 a/b/g/n می باشد.802.11n بیشترین بازده اطلاعاتی را ارائه می دهد اما در عوض بیشترین مصرف توان را هم دارد. به همین خاطر در اینترنت اشیاء از 802.11b یا g استفاده می شود.با اینکه وای فای در قطعات اولیه و نیز حال حاضر اینترنت اشیاء راه حلی کم توان و محدوده گسترده ای می باشد اما به زودی جای خود را به دیگر جایگزین های کم توان تر خواهد داد.

اترنت (Ethernet)

اترنت (برپایه ی استاندارد IEEE 802.3) برای اتصال سیمی گستره ی وسیع در شبکه ی محلی پیاده سازی شده است. قطعات ایستا در اینترنت اشیاء مانند سنسورهای یک ساختمان هوشمند، نیازی به ارتباط بی سیم ندارند و بهتر است در آن ها از فناوری های شبکه ی سیمی مانند اترنت استفاده شود. انتقال اطلاعات توسط خطوط نیرو نیز یک راه حل به جای استفاده از کابل های شبکه ی شخصی می باشد.

فناوری های لایه ی اینترنت در شبکه ی اینترنت اشیاء

فناوری های لایه ی اینترنت (لایه ی سوم مدل OSI) بر روی شناسایی و مسیریابی بسته های داده تمرکز دارند. فناوری های مربوط به این لایه که معمولا در اینترنت اشیا به کار می روند عبارتند از: IPv6 ، 6LoWPAN و RPL .

IPv6

در لایه ی اینترنت، قطعات با IP شناسایی می شوند. در کاربرد های اینترنت اشیاء معمولا به جای IPv4 از IPv6 استفاده می شود. IPv4 به آدرس های 32 بیتی محدود است که در مجموع 4.3 میلیارد آدرس را در خود جای می دهد که از تعداد قطعات اینترنت اشیاء متصل در حال حاضر کمتر می باشد! این در حالی است که IPv6 از آدرس های 128 بیتی استفاده می کند و این یعنی قابلیت آدرس دهی به 2128 قطعه (حدود 340 میلیارد میلیارد میلیارد میلیارد). در عمل نیازی نیست که تمام قطعات اینترنت اشیاء دارای آدرس عمومی باشند. از ده ها میلیون قطعه ای که در طی این چند سال انتظار می رود که به اینترنت اشیاء متصل باشند، برخی از آن ها به شبکه های خصوصی متصل می شوند که از آدرس های خصوصی استفاده می کنند و برای اتصال به شبکه های خارجی ابتدا به درگاه داخلی وصل می شوند.

6LoWPAN

استاندارد شبکه ی کم توان بی سیم محدوده شخصی که از IPv6 (6LoWPAN) استفاده می کند، این اجازه را به IPv6 می دهد که توسط 802.15.4 مورد استفاده قرار گیرد. از 6LoWPAN معمولا در شبکه ی سنسور های بی سیم استفاده می شود. همچنین پروتکل Thread از 6LoWPAN برای خانه ی هوشمند استفاده می کند.

RPL

لایه ی اینترنت وظیفه ی مسیریابی را نیز برعهده دارد. پروتکل مسیریابی IPv6 برای شبکه های خطادار و کم توان (RPL) جهت مسیر یابی ترافیک IPv6 در شبکه های کم توان مانند آن هایی که با 6LoWPAN پیاده سازی می شوند، طراحی شده است. RPL (بخوانید ریپِل) برای مسیر یابی بسته ها در شبکه های محدود، مانند شبکه ی سنسور بی سیم، که همه ی قطعات در تمامی زمان ها در دسترس نیستند و مقداری زیاد و غیر قابل پیش بینی از داده ها گم می شوند، طراحی شده است. RPL می تواند مسیر بهینه را با ساختن گراف شبکه بر پایه ی معیار های پویا و ثابت مانند کم کردن انرژی مصرفی و تاخیر محاسبه کند.

فناوری های لایه ی کاربرد در شبکه ی اینترنت اشیاء

HTTP و HTTPS در سر تاسر کاربرد های اینترنت موجود می باشند که برای اینترنت اشیاء نیز صادق است.در اینترنت اشیاء از رابط های RESTful HTTP و HTTPS به طور گسترده استفاده می گردد.. CoAP (پروتکل کاربرد محدود) مانند یک HTTP سبک می باشد که اغلب به همراه 6LoWPAN و UDP مورد استفاده قرار می گیرد. پروتکل های پیام رسان مانند MQTT ، AMQP و XMPP نیز اغلب در کاربردهای اینترنت اشیاء استفاده می شوند.

MQTT

انتقال دورسنجی صف پیام (MQTT) یک پروتکل پیام رسان مبنی بر انتشار/اشتراک می باشد که برای استفاده در ایستگاه های با پهنای باند پایین، به خصوص سنسور ها و تلفن های همراه در شبکه های نامطمئن، طراحی شده است.

AMQP

پروتکل صف پیام پیشرفته (AMQP) یک پروتکل پیام رسان استاندارد باز می باشد که میان افزار های پیام محور از آن استفاده می کنند.قابل ذکر است که AMQP توسط RabbitMQ پیاده سازی شده است.

XMPP

پروتکل پیام رسان گسترش پذیر و حاضر (XMPP) ابتدا برای ارتباط بلادرنگ از جمله پیام رسانی در لحظه انسان-انسان طراحی شد. این پروتکل در حال حاضر برای ارتباط ماشین-ماشین (M2M) سازگار شده است. این پروتکل یک پیاده سازی از میان افزار سبک و برای مسیریابی داده ی XML می باشد.XMPP در درجه ی اول در وسایل منزل هوشمند استفاده می شود.

انتخاب شما از بین فناوری های این لایه به نیازهای خاص کاربرد شما در پروژه ی اینترنت اشیایتان بستگی دارد. به طور مثال برای یک سامانه ی دخل و خرج هوشمند در منزل که شامل چندین سنسور است، استفاده از MQTT بهترین گزینه می باشد. چون در این پروژه شما به پیام رسانی بین قطعات با حافظه و توان پردازشی کم می باشید و این پروتکل یک پیاده سازی ساده و سبک است.

ملاحظات و چالش های موجود در شبکه ی اینترنت اشیاء

وقتی می خواهید یکی از فناوری ها را برای استفاده در کاربرد اینترنت اشیایتان به کار ببرید، باید موارد زیر را در نظر بگیرید:

محدوده

پهنای باند

مصرف توان

اتصال متناوب

تعامل پذیری

امنیت

محدوده

شبکه ها را می توان از نظر فاصله ای که داده های قطعات اینترنت اشیای متصل شده به آنها منتشر می کنند، دسته بندی کرد.

شبکه ی محدوده شخصی (PAN)

PAN محدوده کوچک می باشد که فاصله ها در آن به چند متر محدود می شود. به طور مثال پوشیدنی ها، کنترل وضعیت تناسب اندام که توسط یک برنامه با تلفن همراه و از طریق BLE متصل می شوند، نوعی PAN هستند.

شبکه ی محدوده محلی (LAN)

LAN یک محدوده کوچک تا محدوده متوسط می باشد که فاصله ها در آن می تواند تا حدود صدها متر باشد. مانند خانه ی هوشمند یا سنسور هایی که در خط تولید یک کارخانه نصب شده اند و توسط وای فای به یک درگاه که در همان ساختمان می باشد، متصل می شوند.

شبکه ی محدوده شهری (MAN)

Man یک محدوده گسترده می باشد (به اندازه یک شهر) که در آن فاصله ها در حد چندین کیلومتر می باشد. مانند سنسور های پارکینگ هوشمند که در یک شهر نصب شده اند و از توپولوژی شبکه ی مش استفاده می کنند.

شبکه ی محدوده گسترده (WAN)

WAN یک محدوده گسترده است که در آن فاصله ها به کیلومتر ها می رسد. مانند سنسور های کشاورزی که در یک مزرعه بزرگ نصب می شوند و جهت کنترل وضعیت دما و سایر وضعیت های محیطی مورد استفاده قرار می گیرند.

شبکه ی شما باید طوری طراحی شود که بتواند داده ها را از تمام قطعات اینترنت اشیاء دریافت کند. پس باید مطمئن شوید که از پروتکل شبکه ای استفاده می کنید که تمام محدوده ی مورد نظر شما را تحت پوشش قرار می دهد. به طور مثال در WAN که محدوده ی چند کیلومتری دارد، استفاده کردن از BLE کار اشتباهی است. اگر ارسال اطلاعات در محدوده ی مورد نظر شما با چالش مواجه است، می توانید از محاسبات لبه ای (Edge Computing) استفاده کنید که تحلیل ها را درون خود قطعه انجام می دهد و دیگر نیازی به ارسال داده به جای دیگر جهت انجام پردازش نخواهد بود.

پهنای باند

پهنای باند، یا مقدار داده ای که می توان در یک زمان مشخص ارسال کرد، نرخ داده ای که قرار است توسط قطعات اینترنت اشیاء دریافت یا توسط آن ها ارسال شود را محدود می کند. عامل های زیر را در نظر بگیرید:

حجم داده ای که هر قطعه تولید می کند

تعداد قطعاتی که به شبکه متصل هستند

اینکه آیا داده به صورت یک جریان ثابت یا متناوب ارسال می شود و پهنای باند موجود با حداکثر زمان مورد نظر ما سازگار هست یا نه.

اندازه بسته ای که در پروتکل شبکه ی خود انتخاب می کنید، باید با اندازه ی داده ای که معمولا منتشر می شود، تطابق داشته باشد.ارسال بسته های خالی از داده بهینه نیست اما از طرفی نیز ممکن است شکستن بخش های بزرگ داده به بسته های کوچک باعث ناکارآمدی شود. نرخ های انتشار داده همواره متقارن نیست (یعنی نرخ آپلود معمولا از نرخ دانلود کمتر است). پس در قطعاتی که نیاز به ارتباط دوطرفه می باشد، این عامل را حتما باید در نظر گرفت. شبکه های بی سیم و سلولی سنتی پهنای باند کمی دارند پس باید فناوری بی سیمی را درنظر بگیرید که بهترین انتخاب برای کاربرد های حجم بالا باشد.

همچنین باید در نظر داشته باشید که آیا همه ی داده های خام باید ارسال شوند یا نه. مثلا گاهی اوقات بهتر است با استفاده از نمونه برداری در فرکانسی پایین تر، گرفتن متغیر های کمتر یا اعمال یک فیلتر مناسب، داده های نامناسب را دور بیاندازیم. با فشرده سازی داده ها قبل از ارسال، می توانید به پایین آوردن حجم داده ی ارسالی کمک کنید اما این پردازش در انعطاف پذیری و دانه ای شدن (granularity) تحلیل های بالادستی (upstream) تاثیر گذار خواهد بود. فشرده سازی و bursting همیشه برای داده های حساس به زمان و حساس به تاخیر مناسب نیستند. تمامی این تکنیک ها باعث نیاز به حافظه و پردازش داده ی بیشتر در قطعات اینترنت اشیاء خواهند بود.

مصرف توان

ارسال اطلاعات از یک قطعه نیازمند مصرف توان است و قاعدتا ارسال در یک محدوده ی بزرگتر نیازمند مصرف توان بیشتری نسبت به یک محدوده ی کوچک می باشد. باید این را در نظر بگیرید که قطعات با باتری کار می کنند و باید راهکارهایی ارائه داد که توان درست مصرف شود تا عمر باتری بالا رفته و هزینه ها کاهش یابد. برای بالا بردن عمر باتری ها می توانید قطعات را هر زمان که بیکار بودند، به حالت sleep ببریم. این یک ایده ی خوب برای پایین آوردن هدر رفت انرژی در شرایط مختلف شبکه و حالات مختلف بار می باشد که به ما این اطمینان را می دهد که توان مصرفی و حجم حافظه، با چیزی که ما برای ارسال اطلاعات نیاز داریم، همخوانی دارد. (یعنی قطعه برای مدت طولانی تری می تواند به عملکرد صحیح خود ادامه دهد.)

اتصال متناوب

قطعات اینترنت اشیاء همیشه متصل نیستند. در برخی حالات قطعات طوری طراحی شده اند که در بازه های زمانی متفاوتی متصل شوند تا در مصرف توان و پهنای باند صرفه جویی شود. در عین حال برخی اوقات یک شبکه ی نامطمئن باعث ایجاد مشکل در اتصال قطعه شود. همچنین برخی مشکلات کیفی یک سرویس مانند به وجود آمدن تداخل یا مغایرت کانال در شبکه ی بی سیم که از طیف اشتراکی استفاده می کند باعث ایجاد مشکل خواهند شد.

تعامل پذیری

با وجود قطعات مختلفی که به اینترنت اشیاء متصل هستند، تعامل پذیری می تواند یک چالش جدی باشد. اتاذ پروتکل های استاندارد یک رویکرد سنتی است که برای حفظ تعامل پذیری در اینترنت استفاده می شود. ولی برای اینترنت اشیاء گاهی پروسه های استاندارد سازی با سریع بودن تغییرات و معرفی فناوری های جدید که نیازمند تغییرات نسخه های استاندارد می باشند، در تقابل است. در این حالات باید یک اکوسیستم حول فناوری در نظر بگیریم و آن این است که این سوالات را بپرسیم: آیا آن ها فراگر شده اند؟ آیا به طور عمومی قابل استفاده هستند؟ چه تعداد پیاده سازی برای آن وجود دارد؟

امنیت

امنیت همواره یک اولویت بوده است پس باید مطمئن باشیم که فناوری شبکه ای که انتخاب می کنیم دارای امنیت سر به سر (end-to-tnd) شامل احراز هویت، رمزگذاری و دارای محافظت پورت باز باشد.به طور مثال 802.15.4 شامل یک مدل امنیت است که دارای ویژگی های کنترل دسترسی، بررسی درستی پیام، محرمانه بودن پیام و محافظت از پاسخ می باشد که در فناوری هایی که بر پایه ی این استاندارد هستند، مانند زیگبی، پیاده سازی شده است.

احراز هویت

شما باید پروتکل های امنی را که از احراز هویت در سطح قطعه برای درگاه ها، کاربران، کاربرد ها و سرویس پشتیبانی می کنند اتخاذ کنید. به طور مثال استاندارد X.509 برای احراز هویت در سطح قطعه می باشد.

رمزگذاری

اگر از وای فای استفاده می کنید، می توانید از دسترسی امن بی سیم 2 (WPA2) برای رمزگذاری شبکه ی بی سیم بهره ببرید. همچنین می توانید رویکرد کلید امن پیش اشتراک (PPSK) را در دستور کار خود قرار دهید. برای اطمینان از حریم شخصی و صحت داده ها در ارتباط بین کاربرد ها، باید از TLS یا DTLS (امنیت دیتاگرام لایه ی انتقال که بر پایه ی TLS بوده ولی برای ارتباطات نامطمئن که بر روی UDP اجرا می شوند، سازگار شده است)استفاده کنید. TLS داده های کاربرد را جهت اطمینان از صحتشان رمزگذاری می کند.

حفاظت از پورت

حفاظت از پورت این اطمینان را می دهد که فقط پورتی که نیازمند ارتباط با درگاه، کاربرد بالادستی یا سرویسی که همچنان برای ارتباط فعال است، باز می باشد. تمامی پورت های دیگر باید غیرفعال بوده و توسط فایروال امن شده باشند.برای مثال پورت های یک قطعه ممکن است هنگام عملکرد UPnP  در معرض خطر باشند. پس باید UPnP بر روی روتر غیرفعال باشد.

جمع بندی

انتخاب فناوری شبکه ی اینترنت اشیاء که با انتخابتان سازگار باشد توضیح داده شد. انتخاب فناوری شبکه ی شما بر روی طراحی های قطعات اینترنت اشیاء شما و وابستگی هایی که توضیح دادیم تاثیر خواهد داشت. به طور مثال محدوده ی شبکه، نرخ داده و مصرف توان همگی به طور مستقیم به هم مرتبط هستند. اگر محدوده ی شبکه را بزرگ تر کنید یا نرخ و حجم داده ی ارسالی را بالا ببرید، قطعه ی اینترنت اشیاء شما نیازمند توان بیشتری برای این تغییر شما خواهد بود.

برای یک پروژه ساده ی خانه ی هوشمند، معیار مصرف توان یک معیار کم اهمیت است؛ زیرا قطعات را با استفاده از پریز برق توان دهی می کنیم و اولویت های بالاتر ما شامل محدودیت پهنای باند و گم شدن داده ها در اتصال می باشند. پس می توانید از وای فای که پهنای باند قابل قبولی را در اختیار ما قرار داده و امکان اتصال به سخت افزار های پروژه ما را دارد، استفاده کنیم. با این حال وای فای اصلا برای قطعات کم توان بهینه نبوده و برای قطعاتی که از باتری استفاده می کنند مناسب نخواهد بود.

در این مقاله ما یک دید کلی از پروتکل ها و فناوری های موجود در شبکه ی اینترنت اشیاء را برای شما تدارک دیدیم. شما باید براساس نیازمندی های خود و چالش های موجود در شبکه سازی اینترنت اشیاء بهترین فناوری که برای کاربرد شما مناسب باشد را انتخاب کنید.

 

منبع: IBM

محمدرضا داودی

دانشجوی مهندسی برق دانشگاه صنعتی اصفهان هستم و چند وقتی هست که به مبحث اینترنت اشیاء علاقه مند شده ام.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *