Top 12 most commonly used IoT protocols and standards


Das Volumen und die Reichweite verbundener Dinge nehmen rasant zu. 2020 battle es das erste Mal, dass die Anzahl der IoT-Verbindungen die Anzahl der Nicht-IoT-On-line-Verbindungen überstieg.

Laut dem Marktforschungsunternehmen IoT Analytics gab es im Jahr 2020 11,7 Milliarden IoT-Verbindungen gegenüber 10 Milliarden Nicht-IoT-Verbindungen – z. B. Smartphones und Laptop. Dort schätzten die Forscher, dass die Zahl der IoT-Verbindungen bis 2025 auf 30,9 Milliarden ansteigen wird.

Die Verfügbarkeit und Erweiterung von IoT-Protokollen, einschließlich 5G- und Low-Energy-WANs, treibt und unterstützt einen Großteil dieses Wachstums.

Warum sind IoT-Protokolle wichtig?

Der Nutzen und Wert von IoT liegt darin, dass die Komponenten kommunizieren können. Durch diese Kommunikationsfähigkeit werden Daten von Endgeräten über die IoT-Pipeline auf zentrale Server übertragen.

Diese Kommunikation erfolgt über IoT-Protokolle, die sicherstellen, dass von Endpunktgeräten wie Sensoren gesendete Daten von den nächsten und nachfolgenden Schritten in der verbundenen Umgebung empfangen und verstanden werden, unabhängig davon, ob der nächste Schritt für diese Daten zu einem anderen Endpunktgerät oder einem Gateway erfolgt oder eine Anwendung.

Einfach ausgedrückt sind IoT-Protokolle für die Existenz von IoT genauso wichtig wie die Dinge selbst.

Obwohl Protokolle als kollektive Gruppe für das Funktionieren von IoT unerlässlich sind, sind nicht alle Protokolle gleich. Laut Invoice Ray, Analyst und Senior Analysis Director bei Gartner, funktionieren nicht alle Protokolle unter allen Umständen oder auch nicht intestine.

Ray stellte fest, dass einige Protokolle für die IoT-Verwendung in Gebäuden intestine geeignet sind, einige für IoT-Bereitstellungen, die auf Gebäude verteilt sind, intestine geeignet sind und andere für nationale oder globale IoT-Anwendungsfälle intestine geeignet sind.

Wie viele Protokolle gibt es im IoT?

Es stehen mehrere IoT-Protokolle zur Verfügung, von denen jedes bestimmte Funktionen oder Funktionskombinationen bietet, die es anderen Optionen für bestimmte IoT-Bereitstellungen vorziehen.

Jedes IoT-Protokoll ermöglicht entweder die Kommunikation von Gerät zu Gerät, von Gerät zu Gateway oder von Gerät zu Cloud / Rechenzentrum – oder Kombinationen dieser Kommunikationen.

Faktoren wie der geografische und spezielle Standort, der Stromverbrauch, batteriebetriebene Optionen, das Vorhandensein physischer Barrieren und die Kosten bestimmen, welches Protokoll für eine IoT-Bereitstellung optimum ist.

Was sind die verschiedenen Schichten der IoT-Architektur?

Netzwerksysteme werden als Stapel von Technologien aufgebaut. Diese werden häufig in einem Referenzmodell visualisiert – einer Artwork Framework -, mit dem Technologen konzipieren, wie Daten über den gesamten Stapel übertragen werden.

Das bekannteste ist das Open Techniques Interconnection (OSI) -Modell, das sieben Schichten auflistet. Von unten nach oben sind die Schichten:

  1. Körperlich
  2. Datenverbindung
  3. Netzwerk
  4. Transport
  5. Session
  6. Präsentation
  7. Anwendung

IoT wird auch in einem mehrschichtigen Modell ausgedrückt. Obwohl einige das siebenschichtige OSI-Modell verwenden, umfassen andere:

  • dreischichtiges Modell: Wahrnehmung, Netzwerk und Anwendung
  • Vier-Schichten-Modell: Wahrnehmung, Unterstützung, Netzwerk und Anwendung
  • Fünf-Schichten-Modell: Wahrnehmung, Transport, Verarbeitung, Anwendung und Geschäft oder physische Datenverbindung, Netzwerk, Transport und Anwendung

Die verwendeten Protokolle variieren im Allgemeinen je nach Schicht. Als solches könnte ein IoT-Ökosystem mehrere Protokolle haben, wobei unterschiedliche Protokolle die Kommunikation auf verschiedenen Ebenen ermöglichen und einige Protokolle über mehrere Ebenen hinweg überbrücken, sagte Scott Younger, Hauptforschungsberater für Infrastruktur bei der Information-Tech Analysis Group.

Beispielsweise unterstützen Bluetooth und Wi-fi die Kommunikation auf den untersten Ebenen, während Knowledge Distribution Service (DDS) und MQTT auf der Anwendungsebene arbeiten.

Die gängigsten Protokolle

Technologen können beim Aufbau eines Netzwerks für ihr IoT-Ökosystem aus mehreren Kommunikationsprotokollen auswählen. Am häufigsten sind die folgenden.

1. AMQP

AMQP ist eine Abkürzung für Superior Message Queuing Protocol und ein offenes Standardprotokoll, das für mehr nachrichtenorientierte Middleware verwendet wird. Als solches ermöglicht es die Interoperabilität von Nachrichten zwischen Systemen, unabhängig von den verwendeten Nachrichtenbrokern oder Plattformen. Es bietet Sicherheit und Interoperabilität sowie Zuverlässigkeit, auch aus der Ferne oder über schlechte Netzwerke. Es unterstützt die Kommunikation, auch wenn Systeme nicht gleichzeitig verfügbar sind.

2. Bluetooth und BLE

Bluetooth ist eine drahtlose Nahbereichstechnologie, die kurzwellige Ultrahochfrequenz-Funkwellen verwendet. Es wurde am häufigsten für Audio-Streaming verwendet, ist aber auch ein wichtiger Faktor für drahtlose und verbundene Geräte geworden. Infolgedessen ist diese Konnektivitätsoption mit geringem Stromverbrauch und geringer Reichweite sowohl für Netzwerke im persönlichen Bereich als auch für IoT-Bereitstellungen geeignet.

Eine weitere Possibility ist Bluetooth Low Vitality, bekannt als Bluetooth LE oder BLE, eine neue Model, die für IoT-Verbindungen optimiert ist. Getreu seinem Namen verbraucht BLE weniger Strom als Customary-Bluetooth, was es in vielen Anwendungsfällen besonders attraktiv macht, z. B. bei Gesundheits- und Health-Trackern und Good-Residence-Geräten auf der Verbraucherseite und für die In-Retailer-Navigation auf der kommerziellen Seite.

three. Mobilfunk

Mobile ist eine der am weitesten verbreiteten und bekanntesten Optionen für IoT-Anwendungen und eine der besten Optionen für Bereitstellungen, bei denen die Kommunikation über größere Entfernungen erfolgt. Obwohl die alten 2G- und 3G-Mobilfunkstandards derzeit auslaufen, erweitern Telekommunikationsunternehmen die Reichweite neuerer Hochgeschwindigkeitsstandards – nämlich 4G / LTE und 5G – rasch. Mobile bietet hohe Bandbreite und zuverlässige Kommunikation. Es kann große Datenmengen senden, was für viele IoT-Bereitstellungen eine wichtige Funktion ist. Diese Funktionen haben jedoch ihren Preis: höhere Kosten und höherer Stromverbrauch als bei anderen Optionen.

four. CoAP

Die Arbeitsgruppe IETF Constrained RESTful Environments startete 2013 CoAP für das Constrained Software Protocol, nachdem es für die Verwendung mit HTTP-basierten IoT-Systemen entwickelt wurde. CoAP stützt sich auf das Consumer Datagram Protocol, um eine sichere Kommunikation herzustellen und die Datenübertragung zwischen mehreren Punkten zu ermöglichen. CoAP wird häufig für Machine-to-Machine-Anwendungen (M2M) verwendet und ermöglicht es eingeschränkten Geräten, sich einer IoT-Umgebung anzuschließen, selbst wenn Geräte mit geringer Bandbreite, geringer Verfügbarkeit und / oder geringer Energie vorhanden sind.

5. DDS

Die Object Administration Group (OMG) hat einen Datenverteilungsdienst für Echtzeitsysteme entwickelt. OMG beschreibt DDS als “Middleware-Protokoll und API-Customary für datenzentrierte Konnektivität” und erklärt, dass “die Komponenten eines Techniques zusammen integriert werden, um Datenkonnektivität mit geringer Latenz, excessive Zuverlässigkeit und eine skalierbare Architektur für geschäfts- und geschäftskritisches IoT bereitzustellen Anwendungen benötigen. ” Dieser M2M-Customary ermöglicht einen leistungsstarken und hoch skalierbaren Echtzeit-Datenaustausch mithilfe eines Publish-Subscribe-Musters.

6. LoRa und LoRaWAN

LoRa für große Entfernungen ist eine nichtzelluläre drahtlose Technologie, die, wie der Identify schon sagt, Kommunikationsfähigkeiten über große Entfernungen bietet. Es ist stromsparend mit sicherer Datenübertragung für M2M-Anwendungen und IoT-Bereitstellungen. Als proprietäre Technologie ist sie jetzt Teil der Hochfrequenzplattform von Semtech. Die LoRa Alliance, deren Gründungsmitglied Semtech battle, ist jetzt das Leitungsgremium von LoRa Expertise. Die LoRa Alliance hat auch LoRaWAN entwickelt und verwaltet dieses, ein offenes Cloud-basiertes Protokoll, mit dem Geräte die LoRa kommunizieren können.

7. LWM2M

OMA SpecWorks beschreibt sein Light-weight M2M (LWM2M) als “ein Geräteverwaltungsprotokoll, das für Sensornetzwerke und die Anforderungen einer M2M-Umgebung entwickelt wurde”. Dieses Kommunikationsprotokoll wurde speziell für die Distant-Geräteverwaltung und Telemetrie in IoT-Umgebungen und anderen M2M-Anwendungen entwickelt. Daher ist es eine gute Possibility für Geräte mit geringem Stromverbrauch und eingeschränkten Verarbeitungs- und Speicherfunktionen.

eight. MQTT

Es wurde 1999 entwickelt und battle zuerst als Message Queuing Telemetry Transport bekannt. Jetzt ist es nur noch MQTT. In diesem Protokoll befindet sich keine Nachrichtenwarteschlange mehr. MQTT verwendet eine Publish-Subscribe-Architektur, um die M2M-Kommunikation zu ermöglichen. Das einfache Messaging-Protokoll funktioniert mit eingeschränkten Geräten und ermöglicht die Kommunikation zwischen mehreren Geräten. Es wurde für Situationen mit geringer Bandbreite entwickelt, z. B. für Sensoren und cellular Geräte in unzuverlässigen Netzwerken. Diese Funktion macht es zu einer häufig bevorzugten Possibility für die Verbindung von Geräten mit geringem Code-Footprint sowie für drahtlose Netzwerke mit unterschiedlichen Latenzzeiten, die auf Bandbreitenbeschränkungen oder unzuverlässige Verbindungen zurückzuführen sind. MQTT, das als proprietäres Protokoll begann, ist heute das führende Open-Supply-Protokoll für die Verbindung von IoT- und industriellen Web-of-Issues-Geräten.

9. Wi-Fi

Aufgrund seiner Verbreitung in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden ist Wi-Fi ein häufig verwendetes IoT-Protokoll. Es bietet eine schnelle Datenübertragung und kann große Datenmengen verarbeiten. Wi-Fi eignet sich besonders intestine für LAN-Umgebungen mit kurzen bis mittleren Entfernungen. Darüber hinaus bieten die verschiedenen Wi-Fi-Requirements – die in Privathaushalten und in einigen Unternehmen am häufigsten verwendeten 802.11n – Technologen Optionen für die Bereitstellung. Viele Wi-Fi-Requirements, einschließlich des in Privathaushalten üblichen Requirements, sind jedoch für einige IoT-Anwendungsfälle, insbesondere für Geräte mit geringem Stromverbrauch / Batteriebetrieb, zu energieaufwendig. Dies schränkt Wi-Fi als Possibility für einige Bereitstellungen ein. Darüber hinaus schränkt die geringe Reichweite und Skalierbarkeit von Wi-Fi die Machbarkeit für die Verwendung in vielen IoT-Bereitstellungen ein.

10. XMPP

XMPP stammt aus den frühen 2000er Jahren, als die Open-Supply-Neighborhood von Jabber erstmals ihr XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) für die Echtzeit-Kommunikation von Mensch zu Mensch entwickelte. Es wird jetzt für die M2M-Kommunikation in leichter Middleware und zum Weiterleiten von XML-Daten verwendet . XMPP unterstützt den Echtzeitaustausch strukturierter, aber erweiterbarer Daten zwischen mehreren Entitäten in einem Netzwerk und wird am häufigsten für verbraucherorientierte IoT-Bereitstellungen wie Good Home equipment verwendet. Es ist ein Open Supply-Protokoll, das von der XMPP Requirements Basis unterstützt wird.

11. ZigBee

Zigbee ist ein Mesh-Netzwerkprotokoll, das für Gebäude- und Hausautomationsanwendungen entwickelt wurde und eines der beliebtesten Mesh-Protokolle in IoT-Umgebungen ist. Zigbee ist ein Protokoll mit kurzer Reichweite und geringem Stromverbrauch und kann verwendet werden, um die Kommunikation über mehrere Geräte zu erweitern. Es hat eine größere Reichweite als BLE, aber eine niedrigere Datenrate als BLE. Es wird von der Zigbee Alliance beaufsichtigt und bietet ein flexibles, selbstorganisierendes Netz, extrem geringen Stromverbrauch und eine Bibliothek mit Anwendungen.

12. Z-Wave

Eine weitere proprietäre Possibility, Z-Wave, ist ein Kommunikationsprotokoll für drahtlose Maschennetzwerke, das auf der Hochfrequenztechnologie mit geringem Stromverbrauch basiert. Wie Bluetooth und Wi-Fi ermöglicht Z-Wave die Kommunikation intelligenter Geräte mit Verschlüsselung und bietet so ein Sicherheitsniveau für die IoT-Bereitstellung. Es wird häufig für Hausautomationsprodukte und Sicherheitssysteme sowie für kommerzielle Anwendungen wie Energiemanagementtechnologien verwendet. Es arbeitet mit einer Funkfrequenz von 908,42 MHz in den USA. Die Frequenzen variieren jedoch von Land zu Land. Z-Wave wird von der Z-Wave Alliance unterstützt, einem Mitgliedskonsortium, das sich auf die Erweiterung der Technologie und Interoperabilität von Geräten konzentriert, die Z-Wave verwenden.

Auswahl des richtigen IoT-Protokolls

Kein einzelnes Kommunikationsprotokoll ist am besten und auch nicht jedes für jede Bereitstellung geeignet.

Unternehmenstechnologen müssen vielmehr anhand der besonderen Umstände ihrer geplanten IoT-Bereitstellungen bestimmen, welches Protokoll für ihre Unternehmen am besten geeignet ist, sagte Scott Laliberte, Geschäftsführer und globaler Leiter der Rising Expertise Group bei der Beratungsfirma Protiviti. Diese Bestimmungen sollten eine Reihe von Faktoren abwägen, vom Strombedarf der angeschlossenen Geräte und dem Standort dieser Geräte über die geografische Größe und die Merkmale, an denen sich die Bereitstellung befindet, bis hin zu den Sicherheitsanforderungen der Bereitstellung.



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