المعلوماتية > إنترنت الأشياء

إنترنت الأشياء (الجزءُ الخامس): بروتوكولاتُ الاتّصال.

من وجهةِ نظرِ الشّبكات والاتّصالات؛ يُنظَر لإنترنت الأشياء على أنّه تجميعٌ لشبكاتٍ مختلفةٍ متضمّنًا الشّبكاتِ النّقّالة (3G, 4G)، والشّبكات الواسعة WLANs وWSN و Mobile Ad-hoc Networks (MANET).

شبكةُ إنترنت الأشياء من سبع طبقات ..

يبيّن الشّكل الآتي البروتوكولات المُستخدمَة في إنترنت الأشياء في كلّ طبقةٍ على حدى

طبقةُ الشّبكة

المعاييرُ والبروتوكولاتُ الأكثرُ شيوعًا للاستخدام في طبقة الشّبكة في إنترنت الأشياء هي:

RFID
WLAN، ZigBee، NFC، .Bluetooth
الشّبكاتُ المحليّةُ منخفضةُ الطَّاقة .LoWPAN
بروتوكولات اتّصال آلة لآلة (Machine to Machine (M2M كـ MQTT، وCoAP.
تقنيّات طبقة بروتوكول الإنترنت IP كـ IPV4, IPV6.

طبقتا النّقل والتّطبيقات

إنَّ التّقسيم ومستوى التّرابط الضّعيف النّاتجَين عن توجّه الشّركات المختلفة نحو توسيع مشاركتها وربحها في السّوق جعلت من تطوير تطبيقات إنترنت الأشياء أمرًا مُتعبًا، ولذلكَ نرى أنَّ التّطبيقات العالميّة التي تتطلّب برمجةً مرّةً واحدةً هي الأكثرُ فعاليّة.

ويُمكن تصنيفُ البروتوكولات في إنترنت الأشياء إلى ثلاث فئات:

بروتوكولات ذات أهداف عامّة General-Purpose Protocols: مثل IP وSNMP المعروفةُ منذ سنوات عديدة، والمستخدمة على نطاقٍ واسعٍ لإدارة الأجهزةِ الشّبكيّةِ ومراقبتها والتّحقّق منها، ولإقامة ارتباطٍ للاتّصال.
بروتوكلات خفيفة الوزن Lightweight Protocols: مثل CoAP الذي طُوّر لمُلائمةِ متطلّبات أجهزةٍ محدّدة بعتاديّات بالغةِ الصّغر وموارد محدودة.
بروتوكولات موجّهة لجهاز محدّد Device specific Protocols والـ APIs التي تتطلّب عادةً بيئة مبنيّة بشكلٍ محدّد ومجموعة أدوات محددة.

وإنّ اختيار البروتوكولات المناسبة في مرحلة التّصميم والتّطوير عمليّةٌ معقّدة وتمثّل تحدّيًا؛ إذ يجب أن نأخذ بعين النّظر عوامل كثيرة مثل الدّعم المستقبلي وسهولة التّنفيذ وإمكانيّة الوصول العالميّة، فضلًا عن التّفكير بنواحي أخرى ستؤثّر على الانتشار والتّنفيذ النّهائيّ، مثل مستوى أداء وأمان معيّن؛ الأمر الذي يضيف إلى التّعقيد الموجود أساسًا في مرحلة اختيار البروتوكولات عاملًا آخر يُؤدّي دورًا مهمًّا في هذا الصّدد؛ وهو قلّة المعايير لبروتوكولات وتطبيقاتٍ بعينها؛ الأمرُ الذي يرفع خطرَ الاختيار الخاطئ للبروتوكولات؛ ما يكلّفنا الكثير في المستقبل.

ومن أجل تحسين الاختيار؛ من المهمّ التّأكّد من أنّ بروتوكولات الاتّصالات موثّقة جيّداً؛ إذ إنّ الحسّاسات والأجهزة الذكيّة تحدّ من استخدامها في إنترنت الأشياء.

ويعدّ نموذج نشر/ متابعة publish/ subscribe طريقة شائعة لتبادل الرّسائل في البيئات الموزّعة، وتمّ تبنّيه من قبل بروتوكولات اتّصال آلة لآلة M2M مثل MQTT نظرًا لبساطته عند اعتماد النّماذج الديناميكيّة؛ إذ يُمكن للعُقد أن تنضمّ أو تغادر الشّبكة على نحوٍ متكرّر، ويطلب handoffs للحفاظ على تفعيل الاتّصال يكون نموذج نشر/ متابعة فعّالًا بسبب استخدام الإشعار القائم على الدّفع push-based notification، وصيانةِ الأرتال بسبب التّوصيل المتأخّر للرّسائل.

ومن ناحيةٍ أخرى؛ فإنّ بروتوكولات مثل HTTP/REST و CoAP تدعمُ نموذج طلب/ استجابة فقط، وتُستخدم فيه آلية للسّحب من أجل جلب رسائل جديدة من الرّتل، ويُستخدم CoAP البروتوكول IPv6 و 6LoWPAN في طبقة الشّبكة لكشف هوية العُقدة (الجهاز)، ولا تزال جهودٌ كبيرةٌ تُبذل لدمج البروتوكولات وتقييسها، ولدعم كلا النموذجين: نشر/ متابعة وطلب/ استجابة.

----

شرح المصطلحات الورادة في المقال:

WLANs: اختصار لمصطلح Wireless Local Area Network؛ وهي طريقةٌ توزيع لاسلكيّة لجهازين أو أكثر؛ من الأجهزةِ التي تستخدم موجات راديويّة عالية التّردّد وغالباً ما تتضّمن نقطة وصول إلى الإنترنت

WSN: اختصار لمصطلح Wireless Sensor Network؛ ويعني شبكة حساسات لاسلكيّة مكوّنة من أجهزة مستقلّة موزّعة مكانيّاً باستخدام حسّاسات لمراقبة الظّروف الفيزيائيّة والبيئيّة.

MANET: اختصار لمصطلح Mobile Ad-hoc Networks؛ الذي يعني مجموعةً من العقد المتنقّلة التي تكوّنُ شبكة مخصّصة دون مساعدة من أيّ بنية مركزيّة، وإنّ هذه الشّبكات تُقدّم نموذجًا جديدًا لإنشاء الشّبكات، ويمكنها أن تلائم بيئة ما تمامًا؛ إذ إنّ البنية التّحتيّة ضائعة أو توظيف البنية التّحتيّة ليس فعالاً من ناحية الكلفة.

RFID: اختصار لمصطلح Radio-frequency identification؛ أي التّعريف باستخدام تردّد الرّاديو الذي يستخدم الحقول الإلكترومغناطيسيّة لتحديد ومتابعة العلامات المرفقة مع الكائنات أوتوماتيكيًّا، وتتضمّن العلامات معلومات مخزّنة الكترونيًّا

ZigBee: هي اللّغة اللاسلكيّة التي تستخدمها الأجهزة اليوميّة للاتّصال ببعضها

NFC: اختصار لمصطلح Near-Field Communication؛ مجموعةٌ من بروتوكولات الاتّصال التي تمكّن جهازين إلكترونيين من الاتصال دون اتّصال بالانترنت.

المصادر:

Rajkumar Buyya (Editor), Amir Vahid Dastjerdi (Editor), Internet of Things: Principles and Paradigms, Elsevier, 50 Hampshire Street, 5th Floor, Cambridge, MA 02139, USA, 2016