Mặc dù các mô hình TCP/IP và OSI cung cấp cho bạn những tóm tắt hữu ích để thảo luận về các giao thức mạng và các công nghệ cụ thể thực hiện từng giao thức, trong thực tế, một số giao thức không phù hợp với các mô hình này. Ví dụ: giao thức TLS (Transport Layer Security) thực hiện mã hóa để đảm bảo tính riêng tư và toàn vẹn dữ liệu của lưu lượng mạng có thể được xem là hoạt động trên các lớp OSI 4, 5 và 6. Một số giao thức mạng được chấp nhận rộng rãi trong IoT và phù hợp với các lớp mô hình TCP/IP được mô tả bảng 3.3.
Bảng 3.3 Ánh xạ giữa giao thức mạng IoT và mô hình TCP/IP
Mô hình TCP/IP |
IoT protocols – Giao thức mạng IoT |
||
4 |
Appication layer |
HTTPs, XMPP, CoAP, MQTT, AMQP |
|
3 |
Transport layer |
UDP, TCP |
|
2 |
Internet layer |
Ipv6, 6LoWPAN, RPL |
|
1 |
Network access & physical layer |
IEEE 802.15.4, Wifi (802.11 a/b/g/n), Ethernet (802.3), GSM, CDMA, LTE |
Nhiều công nghệ mạng mới nổi và cạnh tranh đang được áp dụng trong IoT. Nhiều công nghệ được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau hoặc nhắm vào các thị trường khác nhau như tự động hóa gia đình, chăm sóc sức khỏe hoặc IoT công nghiệp, thường cung cấp các triển khai thay thế của cùng một giao thức tiêu chuẩn. Ví dụ, IEEE 802.15.4 mô tả hoạt động của các mạng khu vực cá nhân không dây tốc độ thấp (LR-WPANs) và được triển khai bởi một số mạng như ZigBee, Z-Wave, EnOcean, SNAP và 6LoWPAN.
Hệ sinh thái IoT thường được coi là bao gồm các thiết bị không dây, tuy nhiên trong thực tiễn, tùy vào ứng dụng, kết nối mạng trong hệ thống IoT sẽ sử dụng mạng có dây.
Được triển khai rộng rãi để kết nối có dây trong các mạng cục bộ, Ethernet cải tiến tiêu chuẩn IEEE 802.3. Không phải tất cả các thiết bị IoT cần phải là thiết bị không dây. Ví dụ: các cảm biến được cài đặt trong hệ thống tự động hóa tòa nhà có thể sử dụng các công nghệ mạng có dây như Ethernet.
Bảng 3.4 Bảng so sách đặc tính kỹ thuật mạng có dây Ethernet
Loại mạng |
Phương tiện truyền dẫn |
Tầm truyền |
Thông lượng |
Topo mạng |
Ethernet |
Twisted pair: 10BaseT Coaxial: 10Base2/ 10Base5 Fibre: 10BaseF |
10Base2: 0.5-200m 10Base5: 500m 10BaseT: 100m 10BaseF: 2km |
10 Mbps |
Bus, Star, Tree |
Fast Ethernet |
Twisted pair: 100BaseTx Fibre: 100BaseFx |
100BaseTx: 100m (Cat 5) 100BaseFx: 2km |
100 Mbps |
Star |
Gigabit Ethernet |
Twisted pair: 1000BaseT Fibre: 1000BaseX |
1000BaseT: 100m(Cat 5) 1000BaseLX: 5km |
1000BaseT: 1 Gbps 1000BaseX: 4.268 Gbps |
Star |
Các mạng IoT ở lớp 1 bao gồm vệ tinh, Wifi và Ethernet, cũng như các giải pháp chuyên dụng hơn như LPWAN, Bluetooth Low Energy, ZigBee, NFC và RFID.
(Mạng diện rộng công suất thấp) là một loại công nghệ được thiết kế để truyền thông không dây tầm xa, năng lượng thấp và do đó chúng rất lý tưởng để sử dụng trong các triển khai quy mô lớn của các thiết bị IoT công suất thấp như cảm biến không dây. Các công nghệ LPWAN bao gồm LoRa (giao thức lớp vật lý LongRange), Haystack, SigFox, LTE-M và NB-IoT (Narrow-Band IoT).
BLE là phiên bản năng lượng thấp của giao thức truyền thông không dây Bluetooth 2.4 GHz phổ biến. Nó được thiết kế để liên lạc tầm ngắn (không quá 100 mét), topo mạng thường dạng sao, với một thiết bị chính điều khiển một số thiết bị phụ. Bluetooth hoạt động trên cả hai lớp 1 (PHY) và 2 (MAC) của mô hình OSI. BLE phù hợp nhất với các thiết bị truyền lượng dữ liệu thấp, vì các thiết bị được thiết kế chế độ “sleep” để tiết kiệm năng lượng khi chúng không truyền dữ liệu. Các thiết bị IoT cá nhân như máy theo dõi sức khỏe mang/đeo thường sử dụng BLE.
Giao thức NFC được sử dụng cho giao tiếp phạm vi rất nhỏ (tối đa 4 cm), chẳng hạn như giữ thẻ NFC hoặc thẻ bên cạnh đầu đọc. NFC thường được sử dụng cho các hệ thống thanh toán, nhưng nó cũng hữu ích cho các hệ thống đăng ký và nhãn thông minh trong theo dõi tài sản trong các ứng dụng IoT công nghiệp
Wifi là mạng không dây tiêu chuẩn dựa trên thông số kỹ thuật của IEEE 802.11a/b/g/n. 802.11n cung cấp thông lượng dữ liệu cao nhất, nhưng với chi phí tiêu thụ điện năng cao, vì vậy các thiết bị IoT chỉ có thể sử dụng 802.11b hoặc g vì lý do bảo tồn năng lượng. Mặc dù wifi được sử dụng trong nhiều thiết bị IoT, nhưng các giải pháp mạng tiêu thụ năng lượng thấp hơn và tầm xa trở nên phổ biến rộng rãi hơn, có khả năng wifi sẽ được thay thế bởi các giải pháp thay thế công suất thấp hơn này.
Bảng 3.5 Bảng so sách đặc tính kỹ thuật kỹ thuật mạng không dây tầm ngắn
Loại mạng |
Tần số |
Tầm truyền |
Thông lượng |
Độ trễ |
Topo mạng |
Nguồn tiêu thụ |
Wi-Fi |
1 GHz |
1 km |
40 Mbps |
100 ms |
Mesh |
Low |
Bluetooth |
2.4 GHz |
100 m |
2 Mbps |
6 ms |
Point to point |
Low |
Z-wave |
800-900 MHz |
100 m |
100 kbps |
NA |
Mesh |
Low |
Zigbee |
2.4 GHz |
100 m |
250 kbps |
10 ms |
Mesh |
Low |
NFC |
13.56 MHz |
10 cm |
424 kbps |
100 ms |
Point to point |
Low |
Bảng 3.6 Bảng so sách đặc tính kỹ thuật kỹ thuật mạng không dây tầm xa
Loại mạng |
Tần số |
Tầm truyền |
Thông lượng |
Độ trễ |
Topo mạng |
Nguồn tiêu thụ |
GMS/GPRS |
Tùy khu vực |
Lên tới 100km |
384 kbps |
0.15-1s |
Mesh |
High |
LTE CAT 1 |
10 Mbps |
0.05-0.1 s |
Point to point |
Medium |
||
LTE CAT 0 |
1 Mbps |
NA |
Mesh |
Medium |
||
LTE CAT NB1 (NBIoT) |
250 kbps |
1.6-10s |
Mesh |
Low |
||
LTE CAT M1 (eMTC) |
1 Mbps |
10-15 ms |
Point to point |
Low |
Bảng 3.7 Bảng so sách đặc tính kỹ thuật kỹ thuật mạng không dây tầm xa LPWAN
Loại mạng |
Tần số |
Tầm truyền |
Thông lượng |
Topo mạng |
Nguồn tiêu thụ |
LoraWAN |
Various (sub – 1 GHz) |
15 km |
50 kbps |
Star |
Very Low |
Sigfox |
900 MHz |
50 km |
10 kbps |
Star |
Very Low |
Weighless |
Various (sub – 1 GHz) |
5 km |
10 Mbps |
Star |
Very Low |
Ingenu |
Various (sub – 1 GHz) |
1500 km |
38 kbps |
Star |
Very Low |
Lớp mạng internet liên quan đến việc xác định và định tuyến các gói dữ liệu. Các công nghệ thường được áp dụng cho IoT có liên quan đến lớp này bao gồm IPv6, 6LoWPAN và RPL.
Giao thức định tuyến IPv6 cho mạng công suất thấp và tổn thất (RPL) được thiết kế để định tuyến lưu lượng IPv6 qua các mạng năng lượng thấp như các mạng được triển khai trên 6LoWPAN. RPL có thể tính toán đường dẫn tối ưu bằng cách xây dựng biểu đồ của các nút trong mạng dựa trên các số liệu và ràng buộc động như giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng hoặc độ trễ.
HTTP và HTTPS có mặt khắp nơi trong các ứng dụng internet, điều này cũng đúng trong IoT, với giao diện RESTful HTTP và HTTPS được triển khai rộng rãi. CoAP (Constrained Application Protocol) giống như một lightweight HTTP thường được sử dụng kết hợp với 6LoWPAN trên UDP. Các giao thức MQTT, AMQP và XMPP cũng thường được sử dụng trong các ứng dụng IoT.
Design by Dr.S