Hala çok protokollü bir modelde, IoT dünyasını birleştirmek zor
Metin TulipHe
"Nesneler", Nesnelerin İnterneti dünyasının kahramanlarıdır ve İnternete çeşitli protokollerle bağlıdırlar. Meslekten olmayanların terimleriyle, sanki hepsi çeşitli "diller" konuşuyorlar ve kendi küçük alanlarında iletişim kurabiliyorlar, ancak sınırı geçtiklerinde birbirlerini anlamak zor. Böylece bugün inşa ettiğimiz Nesnelerin İnterneti hala izole bir dünya .
Bu konudaki anlayışımızı derinleştirmek için önce bazı temel kavramlara bakıyoruz.
Önce "anlaşma" nın ne olduğu hakkında konuşun. "Xinhua Sözlüğü" ndeki yorum şu şekildedir: bir anlaşma, ülkeler, siyasi partiler veya gruplar arasında müzakere ve müzakereden sonra ulaşılan bir fikir birliğidir. Nesnelerin İnterneti'nde kullanıldığında, "şeyler" arasında diyaloğu mümkün kılan metinsel bir anlaşma olarak anlaşılabilir. Ağ modeline tekrar bakalım, en yaygın olanlar OSI modeli (Açık Sistem Arabağlantı İletişim Referans Modeli) ve TCP / IP'dir.
Açık Sistem Ara Bağlantısı Referans Modeli (OSI modeli: Açık Sistem Ara Bağlantısı Referans Modeli, ISO / IEC 7498-1), çeşitli bilgisayarların dünya çapında bir ağ olarak birbirine bağlanmasını sağlayan Uluslararası Standardizasyon Örgütü tarafından önerilen kavramsal bir modeldir. Standart çerçeve.
İnternet Protokol Paketi, bir ağ iletişim modeli ve İnternet'in temel iletişim mimarisi olan bütün bir ağ aktarım protokolleri ailesidir. Genellikle TCP / IP protokol paketi (İngilizce: TCP / IP Protokol Paketi veya TCP / IP Protokolleri) veya kısaca TCP / IP olarak adlandırılır.
Protokol ailesinin iki temel protokolü: TCP (İletim Kontrol Protokolü) ve IP (İnternet Protokolü), ailede benimsenen en eski standartlardır. Bu anlaşmalar, ABD Savunma Bakanlığı'nın ARPA ağ projesinden (DoD olarak kısaltılır) ortaya çıkmıştır, bu nedenle bunlara DoD Modeli (DoD Modeli) de denir.
Bu protokol ailesi, İnternet Mühendisliği Görev Gücü tarafından korunur. TCP / IP, verilerin hedefte nasıl kapsüllenmesi, adreslenmesi, iletilmesi, yönlendirilmesi ve alınması gerektiğini standartlaştırmak için noktadan noktaya bir bağlantı mekanizması sağlar.
Yazılım iletişim sürecini dört soyut katmana ayırır ve farklı iletişim protokollerini gerçekleştirmek için bir protokol yığını kullanır. Protokol ailesi altındaki çeşitli protokoller, işlevlerine bağlı olarak bu dört hiyerarşik yapıya sınıflandırılır ve genellikle basitleştirilmiş yedi katmanlı OSI modelleri olarak kabul edilir.
Bu iki modeli bilgisayar ve iletişim alanlarında kullanmanın yanı sıra, bu iki model aynı zamanda çeşitli endüstriyel protokolleri açıklamak için endüstriyel alanda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Nesnelerin İnterneti dünyasında endüstriyel ekipman önemli bir parçadır. IEEE Endüstriyel Elektronik dergisi, bazı protokol ve teknolojilerin ortaya çıkış zaman noktalarını listeleyen "Endüstriyel İletişimin Geleceği" adlı bir makaleye sahiptir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte pazarın ihtiyaçlarını karşılamaya yönelik birçok türde anlaşma ortaya çıkmıştır.
Günümüzün Nesnelerin İnterneti dünyasında kullanılan iletişim ve endüstriyel olmak üzere iki ana protokol türü vardır.
Örneğin, şu anda iyi bilinen Ethernet olan en eski iletişim protokolü Ethernet, bilgisayarlar arasındaki iletişimi sağlamak için geliştirilmiş ve 1970'lerde ortaya çıkan bir fiziksel katman protokolüdür. Yaklaşık 2000 yılına gelindiğinde, Ethernet yaygın olarak kullanıldı ve günümüz dünyasında derin bir etkisi olan insanların günlük yaşamının bir parçası haline geldi.
Endüstriyel protokol, endüstriyel ekipman arasındaki iletişimi çözmek için endüstride geliştirilmiştir. Örneğin Modbus, en eski endüstriyel protokollerden biridir ve uygulama düzeyinde bir seri iletişim protokolüdür. 1979 yılında Modicon (şimdi Schneider Electric) tarafından programlanabilir mantık denetleyicisi (PLC) iletişiminin kullanımı için yayınlanmıştır. Modbus, endüstriyel alanda iletişim protokolleri için bir endüstri standardı haline geldi ve asansörler gibi endüstriler tarafından geniş çapta benimsenmiştir.
Pek çok endüstriyel protokol türü vardır.Bazıları yalnızca iletişim modelinin belirli bir katmanındadır ve bazıları birkaç düzeyi geçecektir.İletişim modeli kavramından anlamak için çeşitli protokol türleri, belirli iş türlerini karşılamak için üst ve alt protokollerle işbirliği yapabilir. "Şeyler" arasındaki iletişimi gerçekleştirmeyi talep edin.
Endüstriyel protokollerin özelliklerine bakmak için alan veriyolunu örnek olarak alın Saha veriyolu bir tür endüstriyel veri yoludur.Genellikle endüstriyel alandaki akıllı cihazlar, sensörler, kontrolörler, aktüatörler ve diğer saha cihazları arasındaki dijital iletişimi çözer. Bu saha kontrol cihazları ile gelişmiş kontrol sistemleri arasında bilgi aktarımı sorunu.
Alan veriyolu, geleneksel 4-20mA analog sinyali ve sıradan anahtar sinyali iletimini dijital iletişimle değiştirmektir.Akıllı alan cihazlarını ve otomasyon sistemlerini birbirine bağlayan tamamen dijital, iki yönlü, çok istasyonlu bir iletişim sistemidir. Her otobüs türünün kendi geçmişi ve uygulama alanı vardır. Otobüs, otomasyon geliştirme ihtiyaçlarını karşılamak için üretilmektedir.Farklı alanların otomasyon ihtiyaçlarının kendine has özellikleri olması nedeniyle, belirli bir alanda üretilen otobüs teknolojisi genellikle bu spesifik alanda daha yüksek memnuniyet ve daha fazla uygulamaya sahiptir. Uygulanabilirlik daha iyidir.
Fieldbus, otomasyon teknolojisi geliştirme alanındaki sıcak noktalardan biridir ve otomasyon alanında bilgisayar yerel alan ağı olarak bilinir. Görünümü, dağıtılmış kontrol sistemi için düğümler arasında gerçek zamanlı ve güvenilir veri iletişimini gerçekleştirmek için güçlü teknik destek sağlar.
Karakteristik özelliği, genellikle düşük seviye standardı şart koşması ve üst seviye protokol için birleşik bir şart koymamasıdır.Sonuç olarak her aile aynı veriyolunu kullanmasına rağmen yine de iletişim kuramaz.Genellikle bazı özel alanlarda kapalı sistemlerde kullanılır.
Her otobüsün kendi uygulama alanları vardır.Örneğin, FF, PROFIBUS-PA petrol, kimya, ilaç, metalurji ve diğer endüstrilerdeki proses kontrol alanları için uygundur; LonWorks, PROFIBUS-FMS, DevieceNet binalar, ulaşım, tarım ve diğer alanlar için uygundur; DeviceNet ve PROFIBUS-DP, işleme ve imalat endüstrileri için uygundur ve bu bölümler mutlak değildir.Her alan veriyolu, uygulama alanlarını genişletmeye ve birbirine girmeye çalışıyor.
Çeşitli ülkelerdeki çeşitli şirketlerin çıkar çatışmaları nedeniyle, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu / Uluslararası Standartlar Birliği (IEC / ISA) 1984 gibi erken bir zamanda fieldbus standartlarını formüle etmeye başlamış olsa da, birleşik standart henüz tamamlanmamıştır.
Birçok şirket de kendi fieldbus teknolojilerini tanıttı, ancak açıklık ve birlikte çalışabilirliklerini birleştirmek hala zor. Pek çok endüstriyel protokol türü vardır ve fieldbus, endüstriyel protokolün sadece bir dalıdır. Uygulama alanlarındaki farklılık nedeniyle farklı sektörlerin ihtiyaçlarını tek bir teknik anlaşma ile karşılamak zordur.
Örneğin, bazı sistemler yüksek gerçek zamanlı performans gerektirir.Geri bildirim sinyaline dayalı olarak sistem tarafından yapılan geri bildirim sinyali ve kontrol sinyali zamanında olmalıdır.Milisaniye düzeyinde, bazı sistemler zaman gecikmesini pek umursamaz. Buna ek olarak, farklı işletmelerin maliyet ve performans için farklı gereksinimleri vardır.Bazıları yüksek performans gerektirir ve daha yüksek maliyetler taşıyabilir ve bazıları maliyete çok duyarlıdır ancak performans gereksinimleri düşüktür.
Bu farklı gereksinimler, protokol tasarımında farklı fikirlere yol açmıştır.Eksiz istatistiklere göre, şu anda otomobil, endüstriyel kontrol ve akıllı binalar alanlarında kullanılan yüzlerce endüstriyel protokol bulunmaktadır.Çeşitli üreticilerden türetilen standartları sayarsanız Çeşitli versiyonlar, toplam sayısızdır. Endüstri sınırlarını aşmak, çeşitli protokol yerleştirme gerektirir, yani veri temsilinin anlamı, ilgili endüstrinin özelliklerine dönüştürülür. Örneğin, bir anlaşmada "0" anahtarın açık olduğu ve "1" anahtarın kapalı olduğu anlamına gelir, ancak başka bir sektörde tamamen tersi olabilir. İlk önce birbirinizle iletişim kurarken "çevirmeniz" gerekir.
Son zamanlarda, LoRa, NB-IOT, MQTT, CoAP, AMQP gibi birçok yeni isim, Nesnelerin İnterneti dünyasının iletişim protokollerinde, bazıları fiziksel katmanda, bazıları da veri bağlantı katmanında veya veri katmanında yer aldı. Hepsi Nesnelerin İnterneti'nin ihtiyaçlarına uyum sağlamak ve çeşitli şeyleri ağa en iyi şekilde bağlamak. Bu protokoller farklı şeyler için tasarlanmıştır.Örneğin, düşük güçlü geniş alan ağ protokolleri sensör tabanlı "şeyler" için uygundur. Nispeten hafiftirler ve küçük paketler ve düşük frekanslı veriler gönderirler.
Veri katmanının MQTT protokolü, aynı zamanda, sınırlı bilgi işlem gücüne sahip ve düşük bant genişliğine sahip, güvenilmez bir ağda çalışan çok sayıda uzak sensör ve kontrol cihazı arasında iletişim için tasarlanmış bir protokoldür. Üç mesaj yayınlama hizmeti niteliği vardır: "En çok bir kez", "En azından "Bir kez", "Yalnızca bir kez". Örneğin, uzak bölgelerdeki bazı pille çalışan sensörler bazı verileri kaybedebilir ancak terminalin uzun süre çalışmasını gerektirebilir. Mesajın bir kez gelmesini sağlamak için "En çok bir kez"; "Yalnızca bir kez" seçeneklerini seçebilirsiniz. Bu seviye, yanlış sonuçlardan kaçınmak için mesajların tekrarlanmamasını veya kaybolmamasını sağlamak için faturalama sistemlerinde kullanılabilir.
Endüstriyel protokollerin aksine, iletişim protokolleri en başından beri ara bağlantıyı çok önemli bir konuma yerleştirmiştir.Çeşitli uluslararası standart kuruluşları, farklı üreticilerin cihazlarının birbirine bağlanmasını sağlamak için tüm taraflardan görüş alan anlaşmalar oluşturmuştur.
Büyük üreticiler, ürün geliştirmedeki standartlara dayalı olarak standartların formülasyonuna derinden dahil olurlar ve çeşitli birlikte çalışabilirlik testlerinden geçmek zorundadırlar. Gerçek uygulamada, sistemi bağlamak için çeşitli teknik zorlukların üstesinden gelinmesi gerekir. Örneğin, İnternet'i kullanırken, sıradan kullanıcıların temel ağın hangi protokol olduğunu, ekipmanı hangi şirketin ürettiğini veya hizmetin o ülkedeki operatör tarafından sağlanıp sağlanmadığını düşünmesine gerek yoktur, sadece onu kullanın.
Şu anda, Nesnelerin İnternetindeki çeşitli şeyler hala nispeten kapalı ağlarda var ve ağ sınırlarını geçmek zordur. İletişim protokolü fikrine göre, Endüstriyel Nesnelerin İnternetinin geliştirilmesi, birden çok üreticiyi, protokolü ve kurumu aynı ağ üzerinde paylaşmayı destekleyen birlikte çalışabilir bir sistem gerektirir.
Bununla birlikte, Ethernet teknolojisinin endüstriyel alana uygulanması, birçok endüstriyel alanda en önemli gereksinim olan gerçek zamanlı gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır. Standart Ethernet gerçek zamanlı bir sistem değildir.Ethernet, PROFINET-isochronous real time (IRT) veya EtherCAT konseptinden yararlanılarak, hareket kontrol uygulamaları gibi düşük gecikme gereksinimleri olan alanlar için uygun olacak şekilde geliştirilmiştir. Şu anda piyasada standart olmayan teknolojiler veya standart olmayan Ethernet bulunmaktadır.
IEEE802.1Q tarafından formüle edilen Ethernet zaman duyarlı ağ iletişimi, endüstrinin standartlaştırılmış gerçek zamanlı Ethernet keşfidir. TSN, ağ protokol katmanı yığınının ikinci katmanında, veri bağlantı katmanında, standart Ethernet'in üzerinde bulunur. TSN, Ethernet'in belirsizliğini temeldeki mimariden değiştirdi ve onu belirleyici bir ağa dönüştürdü. Temelde yatan genel mimari olarak TSN, daha fazla firmanın bu mimari üzerinde OT ve BT entegrasyonunu gerçekleştirmesine olanak tanır. Bu entegrasyon, endüstriyel ekipmanın bağlanabilirliğini ve çok yönlülüğünü geliştirir ve büyük veri analizi ve akıllı, bağlantılı sistemler ve makineler dahil olmak üzere yeni işletmeler için daha hızlı bir geliştirme yolu sağlar.
Günümüzün Nesnelerin İnterneti dünyasında, her biri kendine özgü geçmişe sahip, her seviyede ve uygulama alanında önemli bir rol oynayan çok çeşitli protokollerin varlığını gördük ve aynı zamanda bu kaçınılmazdır. Üst ve alt seviyelerde anlaşmalarla çalışın.
Sadece belirli bir seviyeden söz etsek bile, IoT dünyasının çoklu protokol modeli - "çoklu dil" hala var olacak mı? Hangi dilin nehirlere ve göllere hakim olması mümkün mü?
Örneğin, TSN iddialı bir şekilde, güvenilir ve istikrarlı gerçek zamanlı performans sağlayabilen ve çeşitli sektörleri yeniden yapılandırmak için çözümler sağlayabilen standart bir mimariye dayalı bir ağ istiyor. TSN yaygın olarak benimsenirse, yıllar içinde sektörde oluşan çeşitli kapalı sistemlerin açılması beklenmektedir. Ancak, çeşitli alanlardaki mevcut piyasa işgalcileri kendi bölgelerini koruyacak ve kendi çıkarlarını koruyacaklar, yeterli itici güç olmadan, bu teknolojiyi kuvvetli bir şekilde desteklemeyecekleri tahmin ediliyor. Hayatın her alanında büyük engellerle karşılaşan geç giren şirket, kendi dünyasından çıkmak için TSN'ye güvenebilir mi?
Nesnelerin İnterneti dünyası çok heyecan verici ve Nesnelerin İnterneti dünyası da çok çaresiz. Umarım bir gün şeyler arasındaki iletişim engellenemez ve çok sayıda harika uygulama kolayca geliştirilerek Nesnelerin İnternetinde yeni bir çağ başlatılır. (Bu makale ilk olarak Titanium Media'da yayınlandı)
Daha heyecan verici içerik için Titanium Media WeChat ID'yi (ID: taimeiti) takip edin veya Titanium Media Uygulamasını indirin
