Интернет вещей (IoT - Internet of Things) — это концепция, согласно которой физические устройства, оборудованные электроникой, датчиками и соединенные с интернетом, могут собирать и передавать данные, а также взаимодействовать между собой и с другими устройствами.
Идея IoT заключается в том, чтобы использовать интернет для связи и обмена данными между устройствами, без необходимости человеческого вмешательства. В результате этого устройства могут работать более эффективно и автоматически принимать решения на основе полученных данных.
Примерами устройств IoT могут быть умные дома, умные города, автоматизированные фабрики, транспортные системы, медицинские устройства и многое другое. Устройства IoT могут собирать данные о погоде, движении, окружающей среде, состоянии здоровья, производительности оборудования и многое другое.
Для реализации концепции IoT необходимы сенсоры, актуаторы, микроконтроллеры, сетевые технологии, облачные вычисления и алгоритмы машинного обучения. Также необходима безопасность передачи и обработки данных, чтобы предотвратить несанкционированный доступ к устройствам и защитить личные данные пользователей.
В целом, IoT предоставляет новые возможности для улучшения эффективности, безопасности и комфорта жизни людей и оптимизации различных бизнес-процессов в разных отраслях.
Протоколы передачи данных (или сетевые протоколы) являются ключевым компонентом Интернета вещей (IoT), позволяя устройствам взаимодействовать и передавать данные друг другу и в Интернет. Некоторые из самых популярных протоколов передачи данных IoT включают в себя:
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) - легкий протокол, который позволяет устройствам обмениваться сообщениями с низкой задержкой и минимальным использованием ресурсов. MQTT широко используется в системах управления зданиями, умных городах, телеметрии и многих других приложениях.
CoAP (Constrained Application Protocol) - протокол, который оптимизирован для использования в ограниченных средах с ограниченными ресурсами. CoAP используется в сетях IoT для передачи малых объемов данных и управления устройствами с низким энергопотреблением.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - стандартный протокол передачи данных, который широко используется в Интернете. В сетях IoT, HTTP может использоваться для передачи больших объемов данных между устройствами и серверами, таких как данные с датчиков и камер наблюдения.
DDS (Data Distribution Service) - протокол, который предназначен для передачи данных в реальном времени между устройствами и системами, работающими в режиме реального времени. DDS используется в системах автоматизации производства, управления транспортом и других приложениях, где требуется передача данных с высокой скоростью.
ZigBee - протокол, который оптимизирован для использования в сетях IoT с низким энергопотреблением и небольшой зоной покрытия. ZigBee используется в системах управления светом, умных домах и других приложениях, где требуется управление устройствами с низкой мощностью.
В зависимости от конкретных потребностей и требований, различные протоколы передачи данных могут использоваться в разных сценариях IoT.
Рассмотрим некоторые протоколы подробнее.
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) - это протокол передачи сообщений, который используется для связи между устройствами в Интернете вещей (IoT) и других системах, где требуется низкая задержка и низкая пропускная способность.
Основная идея MQTT заключается в том, чтобы разрешить устройствам отправлять и получать сообщения друг от друга без необходимости постоянной установки и поддержки соединения между ними. Вместо этого устройства подключаются к MQTT-брокеру, который является посредником между отправителями и получателями сообщений. Брокер принимает сообщения от отправителей и передает их получателям, основываясь на темах (topics), которые определяются для каждого сообщения.
Каждое сообщение MQTT имеет тему (topic) и содержимое (payload). Тема — это строка, которая определяет, к какой категории сообщений относится данное сообщение. Получатели могут подписаться на определенную тему, чтобы получать сообщения, связанные с этой темой. Содержимое сообщения может быть любым типом данных, включая текст, числа, изображения и другие форматы.
MQTT-протокол может использоваться на различных устройствах и платформах, включая микроконтроллеры, смартфоны и серверы. Он легковесный и использует минимальное количество ресурсов, что делает его идеальным выбором для устройств с ограниченными ресурсами, таких как устройства IoT. Протокол также обеспечивает безопасность передачи данных путем шифрования и аутентификации.
В целом, MQTT является мощным и гибким протоколом передачи сообщений, который может быть использован в различных приложениях, включая системы управления зданиями, автоматизацию производства и многие другие
CoAP (Constrained Application Protocol) - это протокол прикладного уровня, предназначенный для обмена сообщениями между устройствами Интернета вещей (IoT). Он был разработан для обеспечения эффективной и надежной передачи данных в условиях ограниченных ресурсов, таких как низкая пропускная способность, ограниченная память и недостаточная мощность процессора.
Основные особенности CoAP:
Простота: CoAP был разработан для обеспечения простоты использования и легкости реализации.
Эффективность: CoAP использует минимальное количество данных для передачи сообщений и может работать на устройствах с ограниченной пропускной способностью.
Надежность: CoAP имеет встроенные механизмы для повторной передачи сообщений и обнаружения ошибок, что обеспечивает надежную доставку данных.
Поддержка RESTful-интерфейсов: CoAP предоставляет поддержку RESTful-интерфейсов, что облегчает интеграцию с существующими веб-сервисами.
Безопасность: CoAP поддерживает механизмы безопасности, такие как DTLS (Datagram Transport Layer Security) для обеспечения конфиденциальности и целостности передаваемых данных.
CoAP используется для обмена сообщениями между устройствами IoT, такими как датчики, актуаторы, контроллеры и другие устройства. Он используется в различных приложениях IoT, таких как умный дом, умный город, промышленный IoT и т.д.
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - это протокол передачи гипертекста, который используется для обмена данными в Интернете между клиентом и сервером. HTTP является одним из основных протоколов, которые обеспечивают функционирование Всемирной паутины.
HTTP работает по модели запрос-ответ: клиент отправляет HTTP-запрос на сервер, а сервер отвечает на него HTTP-ответом. Запрос и ответ передаются через интернет-соединение с помощью различных сетевых протоколов, таких как TCP/IP.
HTTP-запрос состоит из трех частей:
Запрос метода (например, GET, POST, PUT, DELETE) URI (Uniform Resource Identifier) - идентификатор ресурса, к которому выполняется запрос.
Заголовки (header) - дополнительная информация о запросе, такая как тип содержимого, язык, куки и т. д.
HTTP- ответ состоит из трех частей:
Код состояния (например, 200 OK, 404 Not Found, 500 Internal Server Error)
Заголовки (header) - дополнительная информация об ответе, такая как тип содержимого, язык, куки и т. д.
Тело ответа (body) - само содержимое ответа, например HTML-код, изображение или другие данные.
HTTP является протоколом без сохранения состояния, что означает, что каждый запрос и ответ считается независимым от предыдущих и последующих запросов и ответов. Чтобы сохранить состояние между запросами, веб-приложения используют механизмы, такие как куки и сессии.
Сегодня HTTP является одним из самых распространенных протоколов, используемых в Интернете, и остается ключевым элементом веб-разработки. Несмотря на то, что существует множество альтернативных протоколов, таких как HTTPS, SPDY и HTTP/2, HTTP остается одним из наиболее важных протоколов для передачи данных в Интернете.
Также существуют другие протоколы передачи данных, такие как протокол AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) и протокол WebSocket, которые могут использоваться для обеспечения связи между устройствами и системами в IoT.
Выбор протокола передачи данных для конкретного устройства или системы зависит от многих факторов, включая ограничения сетевых условий, тип данных, которые необходимо передавать, и требования к безопасности и надежности передачи данных.
Список литературы
- Андрей Робачевский. Интернет изнутри. Экосистема глобальной Сети. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Альпина Паблишер, 2017. - 271 с.: ил., табл., цв. ил.; 24 см.; ISBN 978-5-9614-5882-4: 2000 экз
- Волкогонов В. Н. и др. Анализ безопасности wi-fi сетей //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2019). – 2019. – С. 270-275
- Волкогонов В. и др. АРХИТЕКТУРА БЕЗОПАСНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ КЛЮЧЕЙ В СЕТИ ZIGBEE //Региональная информатика и информационная безопасность. – 2020. – С. 255-260.
- Волкогонов В. Н. и др. Применение физически неклонируемых функций для выполнения аутентификации в среде интернета вещей //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании. – 2021. – С. 409-414.
- Гельфанд А. М. и др. ОЦЕНКА РИСКОВ И УГРОЗ БЕЗОПАСНОСТИ В СРЕДЕ «УМНЫЙ ДОМ» //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020). – 2020. – С. 316-321
- Гельфанд А. М. и др. Исследование распределенного механизма безопасности для устройств интернета вещей с ограниченными ресурсами //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020). – 2020. – С. 321-326.
- Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2010. — 944 е.: ил. ISBN 978-5-49807-389-7
- Уэнделл Од, Официальное руководство Cisco по подготовке к сертификационным экзаменам CCNA ICND2 200-105: маршрутизация и коммутация, акад. изд.: Пер. с англ. - М. : ООО "И.Д. Вильяме", 201 5. - 912 с. : ил. - П арал. тит. англ.
- Эндрю Таненбаум и Дэвид Уэзеролл Компьютерные сети и. 5-е изд. — СПб.: Питер, 2012. — 960 с.: ил. ISBN 978-5-459-00342-0
