بخش 1 – تجزیه و تحلیل کامل پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا

با افزایش مداوم تعداد دستگاه های اینترنت اشیا، ارتباط یا اتصال بین این دستگاه ها به موضوع مهمی برای بررسی تبدیل شده است.ارتباطات برای اینترنت اشیا بسیار رایج و حیاتی است.چه فناوری انتقال بی سیم برد کوتاه و چه فناوری ارتباطات سیار، بر توسعه اینترنت اشیا تأثیر می گذارد.در ارتباطات، پروتکل ارتباطی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و این قوانین و قراردادهایی است که دو نهاد باید برای تکمیل ارتباط یا سرویس از آنها پیروی کنند.در این مقاله چندین پروتکل ارتباطی موجود اینترنت اشیا معرفی می شود که عملکرد، سرعت داده، پوشش، قدرت و حافظه متفاوتی دارند و هر پروتکل مزایا و کم و بیش معایب خود را دارد.برخی از این پروتکل های ارتباطی فقط برای لوازم خانگی کوچک مناسب هستند، در حالی که برخی دیگر می توانند برای پروژه های شهر هوشمند در مقیاس بزرگ استفاده شوند.پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا به دو دسته تقسیم می شوند که یکی پروتکل دسترسی و دیگری پروتکل ارتباطی است.پروتکل دسترسی به طور کلی مسئول شبکه و ارتباط بین دستگاه های زیر شبکه است.پروتکل ارتباطی عمدتاً پروتکل ارتباطی دستگاهی است که بر روی پروتکل سنتی TCP/IP اینترنت اجرا می شود و وظیفه تبادل داده و ارتباط دستگاه ها از طریق اینترنت را بر عهده دارد.

1. ارتباطات سلولی برد بلند

(1) پروتکل های ارتباطی 2G/3G/4G به ترتیب به پروتکل های سیستم ارتباط سیار نسل دوم، سوم و چهارم اشاره دارد.

(2) NB-IoT

اینترنت اشیا باند باریک (NB-iot) به شاخه مهمی از اینترنت همه چیز تبدیل شده است.

nb-iot که بر روی شبکه‌های سلولی ساخته شده است، تنها حدود 180 کیلوهرتز از پهنای باند مصرف می‌کند و می‌تواند مستقیماً در شبکه‌های GSM، UMTS یا LTE برای کاهش هزینه‌های استقرار و ارتقای روان استفاده شود.

Nb-iot بر بازار اینترنت اشیا (IoT) با پوشش گسترده کم مصرف (LPWA) تمرکز دارد و یک فناوری نوظهور است که می تواند به طور گسترده در سراسر جهان به کار رود.

دارای ویژگی های پوشش گسترده، اتصالات زیاد، سرعت سریع، هزینه کم، مصرف برق کم و معماری عالی است.

سناریوهای کاربردی: شبکه nB-iot سناریوهایی از جمله پارکینگ هوشمند، اطفای حریق هوشمند، آب هوشمند، چراغ های خیابانی هوشمند، دوچرخه های مشترک و لوازم خانگی هوشمند و غیره را به ارمغان می آورد.

(3) 5G

نسل پنجم فناوری ارتباطات سیار جدیدترین نسل فناوری ارتباطات تلفن همراه است.

اهداف عملکرد 5G سرعت داده بالا، کاهش تاخیر، صرفه جویی در انرژی، هزینه کمتر، افزایش ظرفیت سیستم و اتصال دستگاه در مقیاس بزرگ است.

سناریوهای کاربردی: AR/VR، اینترنت وسایل نقلیه، تولید هوشمند، انرژی هوشمند، پزشکی بی‌سیم، سرگرمی خانگی بی‌سیم، پهپاد متصل، پخش زنده با کیفیت فوق‌العاده/پانوراما، کمک هوش مصنوعی شخصی، شهر هوشمند.

2. ارتباطات غیر سلولی از راه دور

(1) وای فای

با توجه به محبوبیت سریع روترهای وای فای خانگی و تلفن های هوشمند در چند سال گذشته، پروتکل وای فای نیز به طور گسترده در زمینه خانه هوشمند مورد استفاده قرار گرفته است. بزرگترین مزیت پروتکل وای فای دسترسی مستقیم به اینترنت است.

در مقایسه با ZigBee، طرح خانه هوشمند با استفاده از پروتکل Wifi نیاز به دروازه های اضافی را از بین می برد.در مقایسه با پروتکل بلوتوث، وابستگی به پایانه های تلفن همراه مانند تلفن همراه را از بین می برد.

پوشش وای فای تجاری در حمل و نقل عمومی شهری، مراکز خرید و سایر مکان های عمومی بدون شک پتانسیل کاربردی سناریوهای وای فای تجاری را آشکار خواهد کرد.

(2) ZigBee

ZigBee یک پروتکل ارتباطی بی سیم با سرعت کم و انتقال فاصله کوتاه است، یک شبکه انتقال داده بی سیم بسیار قابل اعتماد است، ویژگی های اصلی آن سرعت کم، مصرف انرژی کم، هزینه کم، پشتیبانی از تعداد زیادی گره شبکه، پشتیبانی از انواع توپولوژی شبکه است. ، پیچیدگی کم، سریع، قابل اعتماد و ایمن.

فناوری ZigBee نوع جدیدی از فناوری است که اخیراً ظهور کرده است.عمدتاً برای انتقال به شبکه بی سیم متکی است.این می تواند اتصال بی سیم را در فاصله نزدیک انجام دهد و متعلق به فناوری ارتباطات شبکه بی سیم است.

مزایای ذاتی فناوری ZigBee باعث می شود که به تدریج به یک فناوری اصلی در صنعت اینترنت اشیا تبدیل شود و کاربردهای گسترده ای در صنعت، کشاورزی، خانه هوشمند و سایر زمینه ها داشته باشد.

(3) LoRa

LoRa (LongRange، LongRange) یک فناوری مدولاسیون است که فواصل ارتباطی طولانی تری را نسبت به فناوری های مشابه فراهم می کند. دروازه LoRa، حسگر دود، نظارت بر آب، تشخیص مادون قرمز، موقعیت یابی، درج و سایر محصولات پرکاربرد Iot. به عنوان یک فناوری بی سیم باند باریک، LoRa از سناریوهای کاربردی موقعیت یابی LoRa: نظارت بر ترافیک و شهر هوشمند، اندازه گیری و تدارکات، نظارت بر موقعیت یابی کشاورزی.

3. NFC (ارتباطات میدانی نزدیک)

(1) RFID

شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) مخفف عبارت Radio Frequency Identification است. اصل آن ارتباط داده های غیر تماسی بین خواننده و برچسب برای دستیابی به هدف شناسایی هدف است. کاربرد RFID بسیار گسترده است، برنامه های معمولی عبارتند از تراشه حیوانی. دستگاه هشدار تراشه ماشین، کنترل دسترسی، کنترل پارکینگ، اتوماسیون خط تولید، مدیریت مواد. سیستم کامل RFID شامل Reader، برچسب الکترونیکی و سیستم مدیریت داده است.

(2) NFC

نام کامل NFC چینی Near Field Communication Technology است.NFC بر اساس فناوری شناسایی فرکانس رادیویی بدون تماس (RFID) و همراه با فناوری اتصال بی سیم توسعه یافته است.این یک روش ارتباطی بسیار ایمن و سریع برای محصولات مختلف الکترونیکی است که در زندگی روزمره ما روز به روز محبوب تر می شوند."میدان نزدیک" در نام چینی NFC به امواج رادیویی نزدیک میدان الکترومغناطیسی اشاره دارد.

سناریوهای کاربردی: در کنترل دسترسی، حضور و غیاب، بازدیدکنندگان، ورود به کنفرانس، گشت و سایر زمینه ها استفاده می شود.NFC دارای عملکردهایی مانند تعامل انسان و کامپیوتر و تعامل ماشین با ماشین است.

(3) بلوتوث

فناوری بلوتوث یک مشخصات جهانی باز برای داده های بی سیم و ارتباطات صوتی است.این یک اتصال فناوری بی سیم کوتاه برد ویژه است که مبتنی بر اتصال بی سیم برد کوتاه کم هزینه برای ایجاد یک محیط ارتباطی برای دستگاه های ثابت و سیار است.

بلوتوث می‌تواند اطلاعات را به صورت بی‌سیم بین بسیاری از دستگاه‌ها از جمله تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی، هدست‌های بی‌سیم، رایانه‌های نوت‌بوک و تجهیزات جانبی مربوطه مبادله کند.استفاده از فناوری "بلوتوث" می تواند ارتباط بین دستگاه های پایانه ارتباطی سیار را به طور موثر ساده کند و همچنین ارتباط بین دستگاه و اینترنت را با موفقیت ساده کند، به طوری که انتقال داده ها سریع تر و کارآمدتر می شود و راه ارتباط بی سیم را گسترده تر می کند.

4. ارتباط سیمی

(1) USB

USB، مخفف انگلیسی Universal Serial Bus (Universal Serial Bus)، یک استاندارد اتوبوس خارجی است که برای تنظیم اتصال و ارتباط بین رایانه ها و دستگاه های خارجی استفاده می شود.این فناوری رابط است که در زمینه رایانه شخصی استفاده می شود.

(2) پروتکل ارتباط سریال

پروتکل ارتباط سریال به مشخصات مربوطه اشاره دارد که محتوای بسته داده را مشخص می کند که شامل بیت شروع، داده بدن، بیت چک و بیت توقف می باشد.هر دو طرف برای ارسال و دریافت داده ها باید بر روی یک قالب بسته داده سازگار توافق کنند.در ارتباطات سریالی، پروتکل های رایج مورد استفاده شامل RS-232، RS-422 و RS-485 هستند.

ارتباط سریال به روش ارتباطی اطلاق می شود که در آن داده ها بیت به بیت بین دستگاه های جانبی و رایانه ها منتقل می شود.این روش ارتباطی از خطوط داده کمتری استفاده می کند که می تواند در هزینه های ارتباطی در ارتباطات راه دور صرفه جویی کند، اما سرعت انتقال آن کمتر از انتقال موازی است.اکثر کامپیوترها (بدون در نظر گرفتن نوت بوک) دارای دو پورت سریال RS-232 هستند.ارتباط سریال نیز یک پروتکل ارتباطی رایج برای ابزارها و تجهیزات است.

(3) اترنت

اترنت یک فناوری شبکه کامپیوتری است. استاندارد IEEE 802.3 استاندارد فنی اترنت است که شامل محتوای اتصال لایه فیزیکی، سیگنال الکترونیکی و پروتکل لایه دسترسی به رسانه است.

(4) MBB

سیستم خواندن کنتور از راه دور MBus (symphonic mbus) یک باس دو سیمه استاندارد اروپایی است که عمدتاً برای ابزارهای اندازه گیری مصرف مانند سنج حرارتی و سری کنتور آب استفاده می شود.