7 بروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء الأساسية التي يجب أن يعرفها كل مطور

مناجم ديسمبر. 26. 2024
جدول المحتويات

    ما هي بروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء?

    بروتوكولات إنترنت الأشياء هي معايير أو “اللغات” تستخدمها الآلات للتواصل مع بعضها البعض, أو مع المنصات. بناء على ميزاتها ووظائفها, وتنقسم هذه البروتوكولات بشكل رئيسي إلى 3 أنواع: بروتوكولات النقل, بروتوكولات الاتصال, والبروتوكولات الخاصة بالصناعة.

    بروتوكولات النقل: تستخدمها الأجهزة ل شبكة إنترنت الأشياء والاتصال داخل الشبكة الفرعية, بما في ذلك خدمة الواي فاي, بلوتوث, زيجبي, إيثرنت, نفك, 3جي/4 جي/5 جي إلخ.

    بروتوكولات الاتصال: يستخدم لنقل البيانات بين الأجهزة, تعمل فوق طبقة الشبكة وتوفر خدمات طبقة التطبيق للمستخدمين. بعض بروتوكولات الاتصال: إم كيو تي تي, CoAP, HTTP/HTTPS, WebSocket, AMQP.

    البروتوكولات الخاصة بالصناعة: البروتوكولات القياسية ضمن صناعة معينة لضمان التوافق بين الأجهزة, أنظمة, منصات من مختلف الشركات المصنعة والعلامات التجارية, مثل ج ت/ت 808 بروتوكول الاتصالات الطرفية للمركبة في الصين.

    7 Essential IoT Communication Protocols

    فهم 7 بروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء:

    ستجد هنا بعض بروتوكولات الاتصال المستخدمة في صناعة إنترنت الأشياء, مشتمل:

    1. الراحة/HTTP

    ما هو الراحة

    استراحة (نقل الدولة التمثيلية)هو أسلوب معماري وليس معايير لتصميم تطبيقات الشبكة, عادةً ما يستخدم HTTP كبروتوكول نقل خاص به لتنفيذ مبادئه المعمارية.

    سمات:

    • انعدام الجنسية: يحتوي كل طلب على جميع المعلومات اللازمة, ولا يحافظ الخادم على حالة العميل.
    • تحديد الموارد: على جانب الخادم, يمكن تقسيم حالة التطبيق ووظيفته إلى موارد مختلفة, التي يتعرض لها العميل. تتضمن أمثلة الموارد كائنات التطبيق, سجلات قاعدة البيانات, خوارزميات, إلخ. يتم تعيين عنوان فريد لكل مورد باستخدام URI (معرف الموارد العالمي).
    • واجهة موحدة: استخدم أساليب HTTP القياسية لمعالجة الموارد, مثل الحصول على, بريد, يضع, يمسح

    طلب:

    يهدف REST/HTTP في المقام الأول إلى تبسيط بنية نظام الإنترنت, تحقيق اقتران فضفاض بين تفاعلات العميل والخادم بسرعة, وبالتالي تقليل زمن التفاعل. لذلك, انها مناسبة ل تطبيق إنترنت الأشياء, تمكين التعرض لموارد إنترنت الأشياء من خلال REST, السماح باستدعاء الخدمات بواسطة تطبيقات أخرى.

    2. CoAP

    ما هو CoAP

    CoAP (بروتوكول التطبيق المقيد) يوفر اتصالات سهلة وفعالة للأجهزة المقيدة, مما يجعلها مثالية للتشغيل في الطاقة المنخفضة, عرض النطاق الترددي المنخفض, والبيئات ذات الكمون العالي.

    سمات:

    • ضغط الرأس: يتميز CoAP برأس ثنائي مدمج بقاعدة 4 بايت, تليها خيارات موسعة, يؤدي عادةً إلى رأس طلب 10-20 بايت.
    • الأساليب وعناوين URI: يدعم الحصول على, يضع, بريد, حذف الأساليب, وعناوين URI للوصول إلى موارد الخادم.
    • طبقة النقل: مبني على UDP لتقليل الحمل ودعم البث المتعدد, مع آلية موثوقية التوقف والانتظار البسيطة.
    • الاتصال غير المتزامن: على عكس HTTP, يدعم CoAP الاتصال غير المتزامن, مثالية لتطبيقات M2M.
    • اكتشاف الموارد: يتضمن تنسيقًا مدمجًا لاكتشاف الموارد, متوافق مع RFC 5785, باستخدام /.well-known/core لوصف الموارد.
    • التخزين المؤقت: يدعم التخزين المؤقت لأوصاف الموارد لتحسين الأداء.

    طلب:

    CoAP عبارة عن واجهة برمجة تطبيقات RESTful مبسطة تعتمد على HTTP. CoAP هو بروتوكول طبقة التطبيق في 6 مكدس بروتوكول LoWPAN, مناسبة لشبكات IP للاتصالات المحدودة الموارد, مثل أجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة والأنظمة المدمجة.

    3. إم كيو تي تي

    ما هو MQTT

    يستخدم بروتوكول MQTT نمط النشر/الاشتراك, حيث تتصل محطات إنترنت الأشياء عادةً بوسيط MQTT عبر TCP. يقوم الوسيط بإدارة محتوى الاتصال من خلال المواضيع ويكون مسؤولاً عن إعادة توجيه الرسائل بين الأجهزة.

    سمات:

    • نموذج النشر/الاشتراك: يمكن للعملاء نشر رسائل حول موضوع ما والاشتراك لتلقي رسائل من مواضيع محددة. يتيح هذا النموذج توزيعًا مرنًا للرسائل.
    • عرض النطاق الترددي المنخفض: رأس الرسالة هو الحد الأدنى, عادة فقط 2 بايت, دعم الاستخدام الفعال لعرض النطاق الترددي وجعله مناسبًا لعرض النطاق الترددي المنخفض, الكمون العالي, والشبكات غير المستقرة.
    • مصداقية: تقدم MQTT ثلاثة مستويات لجودة الخدمة لتسليم الرسائل: “مرة واحدة على الأكثر,” “مرة واحدة على الأقل,” و “مرة واحدة بالضبط.”

    طلب:

    يعد MQTT مناسبًا بشكل عام لجمع بيانات الجهاز إلى نقاط النهاية (على سبيل المثال, جهاز -> الخادم) والاتصالات المركزية في بنية الشبكة النجمية, مع قيام الوسيط بدور المحور. يتم استخدامه على نطاق واسع في سيناريوهات إنترنت الأشياء وتم اعتماده أيضًا في بعض تطبيقات الهاتف المحمول, مثل الفيسبوك ماسنجر (تاريخيا).

    4. دس

    ما هو دس

    دس (خدمة توزيع البيانات) هو معيار وسيط تم إنشاؤه من أجل أنظمة الوقت الحقيقي. إنه يلبي المتطلبات الصارمة للتطبيقات الموزعة من خلال توفير زمن وصول منخفض, إنتاجية عالية, والأداء الحتمي.

    سمات:

    • تتمحور حول البيانات
    • نموذج المراسلة للنشر/الاشتراك بدون وسيط: دعم نقطة إلى نقطة, نقطة إلى عدة نقاط, والاتصالات من عدة نقاط إلى عدة نقاط.
    • عرض يصل إلى 21 جودة الخدمة (جودة الخدمة) السياسات

    طلب:

    وزعت, موثوقة للغاية, اتصالات البيانات في الوقت الحقيقي للأجهزة. حالياً, يستخدم DDS على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران المدني والتحكم الصناعي.

    5. AMQP

    ما هو AMQP

    AMQP هو بروتوكول طبقة تطبيق مفتوح المستوى مصمم لضمان نقل الرسائل وآليات الانتظار بشكل موثوق.

    سمات:

    • بروتوكول على مستوى السلك: ينقل البيانات عبر الشبكة كتدفق من البايتات.
    • التوافق العالي بسبب المعيار المفتوح
    • مرن & يؤمن: يدعم أنماط الرسائل المختلفة, بما في ذلك النشر/الاشتراك ومن نقطة إلى نقطة. كما أنه يتضمن آليات أمنية متعددة, مثل التشفير والمصادقة.

    طلب:

    تم استخدامه في البداية لمراسلة المعاملات في الأنظمة المالية, يتم الآن استخدام AMQP بشكل أساسي في تطبيقات إنترنت الأشياء للاتصالات وتحليل البيانات بين الأجهزة المحمولة ومراكز البيانات الخلفية.

    6. XMPP

    ما هو XMPP

    كبروتوكول اتصال مفتوح المعايير, XMPP (بروتوكول المراسلة والتواجد القابل للتوسيع) تم تصميمه للاتصال في الوقت الحقيقي, مثل الرسائل الفورية ومعلومات التواجد.

    سمات:

    • نموذج اتصال العميل/الخادم: يرسل العملاء الطلبات إلى الخادم, الذي يعالج الطلبات ويرسل الاستجابة أو المورد المناسب إلى العميل.
    • الشبكة الموزعة: تشكل العقد المستقلة المتعددة الشبكة, القضاء على نقاط الفشل الفردية.
    • عملاء بسيطون: يتعامل العملاء مع مهام أقل, مع إجراء معظم العمليات الحسابية على جانب الخادم.
    • يستخدم XML لوصف البيانات, ضمان التوافق عبر الأنظمة الأساسية, على الرغم من أن JSON أصبح أكثر شيوعًا في التطبيقات الحديثة.

    طلب:

    يستخدم XMPP في المراسلة الفورية, إدارة الشبكة, تسليم المحتوى, أدوات التعاون, مشاركة الملفات, الألعاب, مراقبة النظام عن بعد, و اكثر.

    7. دائرة الخدمات المشتركة

    ما هو JMS

    دائرة الخدمات المشتركة (خدمة رسائل جافا) هي واجهة برمجة تطبيقات قياسية لمنصة Java للمراسلة في التطبيقات الموزعة. يسمح للتطبيقات بالتواصل من خلال قوائم انتظار الرسائل, وبالتالي تحقيق غير متزامن, مرن, وتبادل الرسائل بشكل موثوق.

    سمات:

    • الاتصال غير المتزامن: يسمح بإرسال واستقبال الرسائل في أوقات مختلفة, زيادة مرونة النظام واستجابته.
    • متانة الرسالة: يوفر ثبات الرسالة, ضمان عدم فقدان الرسائل في حالة فشل النظام, وتعزيز الموثوقية
    • دعم المعاملات: يوفر JMS دعم المعاملات, ضمان ذرية مجموعة من عمليات الرسالة, وهذا يعني أن جميع العمليات إما أن تنجح تمامًا أو تفشل تمامًا, وبالتالي ضمان اتساق البيانات.

    طلب:

    يعد JMS مثاليًا للتطبيقات الموزعة التي تتطلب مراسلة غير متزامنة, فصل النظام, وموثوقية عالية, مثل تكامل تطبيقات المؤسسات, العمارة يحركها الحدث, ومعالجة البيانات في الوقت الحقيقي.

    مقارنات بين بروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء

    ميزة دس إم كيو تي تي AMQP XMPP دائرة الخدمات المشتركة الراحة/HTTP CoAP
    التجريد حانة/فرعية حانة/فرعية حانة/فرعية الذي - التي حانة/فرعية طلب/رد طلب/رد
    بنيان مساحة البيانات العالمية الوكيل P2P أو الوكيل الذي - التي الوكيل من خلال ضمان TCP P2P
    جودة الخدمة 22 أنواع 3 أنواع 3 أنواع الذي - التي 3 أنواع التأكيد من خلال TCP أو الرسائل المؤكدة نعم
    إمكانية التشغيل البيني نعم جزئيا نعم الذي - التي لا نعم نعم
    أداء 100,000 رسالة / ثانية / فرعية 1,000 رسالة / ثانية / فرعية 1,000 رسالة / ثانية / فرعية الذي - التي 1,000 رسالة / ثانية / فرعية 100 الطلب / ثانية 100 الطلب / ثانية
    في الوقت الحالى نعم لا لا لا لا لا نعم
    طبقة النقل يدعم UDP وTCP برنامج التعاون الفني برنامج التعاون الفني غير محدد, عادة TCP برنامج التعاون الفني UDP UDP
    تصفية الاشتراكات التصفية المستندة إلى محتوى الرسالة والموضوع اشتراك متعدد الطبقات بناءً على الموضوعات ومحتوى الرسالة تصفية قائمة الانتظار والرسائل الذي - التي محتوى الرسالة وتصفية الموضوع غير معتمد يدعم الموضوع والبث المتعدد
    الترميز ثنائي ثنائي ثنائي تنسيق XML ثنائي نص عادي نص عادي
    الاكتشاف الديناميكي نعم لا لا الذي - التي لا لا لا
    حماية يوفر الخدمة الثابتة الساتلية, TLS, وخيارات الأمان الأخرى اسم مستخدم/كلمة مرور بسيطة, تشفير البيانات SSL تشفير البيانات SASL وTLS الذي - التي يوفر الخدمة الثابتة الساتلية, TLS, دعم واجهة برمجة تطبيقات JAS الدعم العام لSSL وTLS الدعم العام لSSL وTLS

     

    خاتمة

    إم كيو تي تي, دس, AMQP, XMPP, دائرة الخدمات المشتركة, استراحة, وCoAP هي بروتوكولات مستخدمة على نطاق واسع, لكل منها تطبيقات متعددة, التي تطالب بدعم اتصالات إنترنت الأشياء للنشر/الاشتراك في الوقت الفعلي. لكن, عند تصميم بنيات نظام إنترنت الأشياء المحددة, فمن الضروري مراعاة احتياجات الاتصال الفعلية للسيناريو، مثل قيود النطاق الترددي, متطلبات الكمون, والأمن - قبل اختيار البروتوكول الأنسب.

    التالي: لوراوان ضد زيجبي: ما هو الفرق?
    السابق: قمة 5 نصائح للسلامة في مكان العمل في 2025: تكنولوجيا إنترنت الأشياء تضمن سلامة العمال