IoTにおける一般的なアプリケーション層プロトコルの説明

IoT通信の課題を理解する

IoT のアプリケーション層プロトコルは、いくつかの主要な問題に対処する必要があります IoT ネットワークの課題 コミュニケーション。 IoT のデータは、従来のネットワークよりも複雑です。単純なシナリオでは、センサーがローカル ネットワークに温度を報告し、そのデータがインターネット経由でクラウドに渡されます。複雑なシナリオは、環境センサーが火災の検出を報告すると選択的に電源をオフにする工場フロアの複数のマシン間の対話と同じくらいトリッキーになる可能性があり、一方、クラウド AI システムはシャットダウンを監視し、イベントを複数の外部システムに報告します。単純なシナリオには、単一のデータ型と、一方向に移動する単一のメッセージが含まれます。複雑なものには、データを効率的に交換する必要がある多くのデバイス間の多くのメッセージに多くのデータ型が含まれています。ハードウェア自体は大きく異なる場合があります。

従来のプロトコル標準である HTTP は、小型デバイスには必ずしも適していません。一部の IoT デバイスは HTTP に対応しており、HTTP トランスポートの機能を利用できますが、ほとんどではないにしても、多くのデバイスは HTTP に対応しておらず、利用できません。 HTTP は非常に大量のリッチな通信向けに設計されていますが、ほとんどのデバイスのサイズが小さく、ハードウェアとファームウェアが希薄であるため、ほとんどの IoT 通信は必然的に最小限のものになります。 HTTP ヘッダーには数百バイトを含めることができます。これは、ほとんどのインターネット通信では大したことではありませんが、ほとんどの IoT デバイスにとっては非常に大きな問題です。より無駄がなく、HTTP に対応できるが HTTP ではないプロトコルが必要です。

アプリケーション層の仕組み

一部の IoT デバイスにはネットワーク機能が直接組み込まれていますが、ほとんどはゲートウェイを介してインターネットに接続します。

IoTは、 オープンシステム相互接続モデル、7 つのインタラクティブ レイヤーを使用してメッセージ トランスポートの各フェーズを処理します。 IoT アプリケーション層は 7 つの層のうちの 1 つであり、そのうちの 3 つは IoT アプリケーション プロトコルにとって特に重要です。

物理ネットワーク層は、イーサネット、Wi-Fi、Bluetooth など、データを移動する実際のインフラストラクチャです。

トランスポート層は、伝送制御プロトコル (TCP)、HTTP、またはユーザー データグラム プロトコル (UDP) など、データの移動をサポートするプロトコルです。

アプリケーション層は、IoT デバイスとそれが通信するネットワークの間のインターフェイスです。データのフォーマットとプレゼンテーションを処理し、IoT デバイスの動作と、IoT デバイスが生成するデータのネットワーク ハンドオフとの間の橋渡しとして機能します。

IoT における最上位のアプリケーション層プロトコル

エンジニアは、幅広い機能をカバーする多くの IoT アプリケーション層プロトコルから選択できます。特定の IoT アプリケーションに適切なプロトコルは、関係するデバイスの種類と実行する機能に基づいたさまざまな要因によって決まります。

• データの待ち時間. データ転送にはどれくらいの速度が必要ですか?データ パケットがあるポイントから別のポイントに移動するのに、合理的にどれくらいの時間がかかるでしょうか?
• 信頼性の向上. IoT アプリケーションにおけるデータ損失はどの程度重大ですか?デバイス通信はどの程度冗長化する必要がありますか?
• 帯域幅. 収容する必要があるデータの量はどれくらいですか?
• 輸送. 何が最高ですか IoTのトランスポートプロトコル 応用？ TCP、UDP、および HTTP はそれぞれ、互換性のあるアプリケーション層プロトコルで利用できる機能を提供します。

エンジニアは、特定のプロトコルを検討する前に、どの機能が最も重要であるかを特定する前に、これらの質問に答える必要があります。

アプリケーション層はデータのフォーマットとプレゼンテーションを処理し、IoT デバイスの動作と、それが生成するデータのネットワーク ハンドオフとの間の橋渡しとして機能します。

のXNUMX トッププロトコル IoT にとって最も重要な機能は次のとおりです。

制約付きアプリケーションプロトコル. 組織は、軽量であるため伝送速度が低い制限付きハードウェアで CoAP を使用しています。このプロトコルは HTTP に適しており、要求と応答という 2 つの基本的なメッセージ タイプを使用します。メッセージは確認可能である場合もあれば、確認不可能である場合もあります。データ パケットは小さいため、メッセージの損失はほとんどありません。欠点は、プロトコルにセキュリティが欠けていることであり、エンジニアは通常、データグラム トランスポート層のセキュリティでこれを解決できますが、DTLS は IoT での用途が限定的です。

メッセージ キュー テレメトリ トランスポート. MQTT はパブリッシュ/サブスクライブ プロトコルであり、TCP を介した軽量のマシン間 (M2M) 接続に効果的で、データ損失を最小限に抑えます。 IoT のパブリッシュ/サブスクライブは、クライアントが更新を呼び出す必要がないことを意味し、ネットワーク トラフィックと処理負荷が軽減されます。このプロトコルは、シングル ハンドシェイク配信から確認要求まで、さまざまな品質強制レベルにも対応します。

拡張可能なメッセージおよびプレゼンス プロトコル. XMPP は、人間に優しい読みやすさで人気のあるドキュメント エンコーディング マークアップ言語である XML に基づいています。 XMPP は HTML 拡張機能として、プレゼンス、コンテンツ シンジケーション、インスタント メッセージングなどのリアルタイム通信に役立ちます。このプロトコルは拡張性が高く、要求に応じて他のノードに接続できるデータ保持ノードをデバイスに提供し、複雑なローカル ネットワーキングとデータ共有を作成します。

高度なメッセージ キュー プロトコル。 AMQP は非同期プロトコルです。 MQTT と同様に、パブリッシュ/サブスクライブのアプローチを使用します。エンジニアはこのプロトコルを主に TCP 上で使用しますが、他の転送方法も使用できます。このプロトコルは品質に柔軟性があり、オプションで 1 つ以上の配信保証を提供します。 AMQP は、トランスポート層セキュリティとセキュア ソケット層を介してセキュリティを実装します。

代表的な状態の転送。 REST は最もユビキタスなプロトコルであり、HTTP 経由で IoT に同期リクエストとレスポンスを提供します。 HTTP により機能が豊富になり、認証やキャッシュも可能になります。これらは両方とも複雑な環境で役立ちますが、IoT での実装は困難です。このプロトコルは XML と JSON の両方に互換性があり、M2M やタブレットやスマートフォンとの通信に役立ち、IoT に恩恵をもたらします。