Protocolli di rete wireless IoT

Protocollo avanzato di accodamento dei messaggi (AMQP)

AMQP è un protocollo di livello applicativo (software) che offre percorsi e accodamenti per un ambiente middleware orientato ai messaggi. È usato per connessioni affidabili da punto a punto e supporta lo scambio di dati senza soluzione di continuità e sicuro tra i dispositivi e il cloud. AMQP ha tre componenti distinti, ovvero Exchange, Message Queue e Binding. Questi tre assicurano uno scambio affidabile e di successo e l'archiviazione dei messaggi. Denotano anche la relazione tra due messaggi. Per maggiori informazioni su AMQP, clicca qui.

Protocollo applicativo vincolato (CoAP)

CoAP è un protocollo a larghezza di banda vincolata e rete vincolata per gadget limitati. Questo protocollo permette al client di inviare una richiesta al server, e il server invia una risposta in HTTP al client. Utilizza lo User Datagram Protocol (UDP) per un'implementazione leggera e minimizza il consumo dello spazio. Il protocollo impiega il formato dati binario EXL. Il protocollo CoAP è impiegato principalmente nell'automazione, nei microcontrollori e nei cellulari. Il protocollo invia una richiesta all'endpoint dell'applicazione della casa e restituisce la risposta dell'applicazione ai servizi e alle risorse. Per maggiori informazioni su CoAP, clicca qui.

Servizio di distribuzione dei dati (DDS)

DDS è un protocollo di comunicazione peer-to-peer flessibile. Fa tutto, dall'esecuzione di piccoli dispositivi alla connessione di reti ad alte prestazioni. DDS ottimizza la distribuzione, aumenta l'affidabilità e minimizza la complessità.

Trasporto telemetrico della coda di messaggi (MQTT)

MQTT, noto anche come protocollo subscribe/publish, è un protocollo di messaggistica leggero, nonché il più preferibile per i dispositivi IoT. Raccoglie dati da vari dispositivi e supervisiona i dispositivi remoti. Funziona su Transmission Control Protocol (TCP) e supporta lo scambio di messaggi event-driven attraverso reti wireless. MQTT è usato principalmente in dispositivi che richiedono meno memoria di potenza, per esempio, sensori per auto e smartwatch. Per maggiori informazioni su MQTT, clicca qui.

Protocollo di comunicazione Machine-to-Machine (M2M)

Si riferisce a un protocollo industriale aperto. M2M è stato creato per gestire i dispositivi IoT a distanza. Questi protocolli economici utilizzano reti pubbliche. M2M crea un ambiente in cui due macchine comunicano reciprocamente e si scambiano dati. Un tale protocollo rinforza le macchine per auto-monitorare e permette ai sistemi di adattarsi al variare dell'ambiente. Viene utilizzato principalmente per case intelligenti, veicoli e bancomat. Per maggiori informazioni sulla comunicazione M2M, clicca qui.

Protocollo estensibile di messaggistica e presenza (XMPP)

L'XMPP ha un design unico. È stato sviluppato attraverso XML (Extensible Markup Language) aperto. Impiega un meccanismo push per scambiare messaggi sincroni. Il flessibile XMPP può integrarsi perfettamente con qualsiasi cambiamento. XMPP funziona come un indicatore di presenza. Mostra lo stato di disponibilità dei server.

Oltre a WhatsApp, Google Talk e altre applicazioni di messaggistica istantanea, XMPP è anche utile nel gioco online, Voice over Internet Protocol (VoIP) e siti web di notizie. Per maggiori informazioni su XMPP, clicca qui.

Bluetooth

Bluetooth è ampiamente utilizzato per la comunicazione a corto raggio ed è un protocollo IoT standard per la trasmissione di dati senza fili. La sua versione a bassa energia è Bluetooth Low Energy (BLE). L'ultima versione, BLE 5.0, supporta applicazioni a bassa velocità di dati e una portata estesa fino a 150 metri. Caratteristiche come il beaconing e i servizi di localizzazione hanno aiutato a distribuirlo in una vasta gamma di applicazioni di fitness e automotive. Può supportare la topologia a stella. Le ultime versioni supportano la topologia mesh, estendendo la rete utilizzando il collegamento in rete di molti dispositivi adatti alle applicazioni di automazione domestica.

Zigbee

ZigBee utilizza lo standard IEEE 802.15.4 a livello fisico e di collegamento, operando sulla banda ISM 2.4 GHz e fornisce una portata fino a 300 piedi. Supporta la topologia mesh. Quindi la rete può essere estesa su una distanza più lunga attraverso operazioni multi-hop. Il protocollo è altamente interoperabile e include librerie standard di modelli di dati, sicurezza e procedure di gestione della rete. ZigBee ha un basso consumo energetico, scoperta dei nodi, rilevamento dei pacchetti duplicati, scoperta delle rotte, modalità sleep e affidabilità. È ampiamente utilizzato nelle case intelligenti e nelle applicazioni di automazione degli edifici.

Z-Wave

Z-Wave è una tecnologia wireless a bassa potenza progettata per applicazioni di domotica IoT. Offre una comunicazione a bassa latenza e affidabile di piccoli pacchetti di dati con velocità fino a 100kbit/s. Supporta la topologia mesh con un massimo di 232 nodi in una singola rete. Funziona su 868 MHz per la regione Europa e 915 MHz per il Nord America e l'Australia, fornendo una velocità di dati di 100 Kbps. Per maggiori informazioni su Z-Wave, clicca qui.

6LowPAN

IPv6 Low-power Wireless Personal Area Network (6LowPAN) è una tecnologia basata sul protocollo Internet. È un protocollo di rete che definisce meccanismi di incapsulamento e compressione dell'intestazione. Ha la libertà di banda di frequenza e si livello fisico, e può anche essere utilizzato su più piattaforme di comunicazione, tra cui Ethernet, WiFi, 802.15.4, e sub-1GHz ISM. È concepito per inviare pacchetti IPv6 sulle reti basate su IEEE802.15.4 e implementare molti standard IP aperti, tra cui TCP, web sockets, UDP, HTTP, COAP e MQTT. Lo standard fornisce nodi indirizzabili end-to-end, permettendo a un router di collegare la rete a IP. La 6LowPAN è una rete mesh robusta, scalabile e autorigenerante.

Thread

Thread, basato su vari standard, tra cui IEEE802.15.4, IPv6, e 6LoWPAN, è un nuovo protocollo di rete IPv6 basato su IP diretto verso l'ambiente della domotica. Completa principalmente il WiFi e offre una soluzione resiliente basata su IP per l'IoT. Thread rafforza una rete mesh attraverso ricetrasmettitori radio IEEE802.15.4. Gestisce fino a 250 nodi con alti livelli di autenticazione e crittografia.

Wi-Fi

WiFi è un protocollo di comunicazione senza fili. Il WiFi utilizza la topologia di rete a stella, e l'access point può essere usato come un gateway per Internet. Ogni access point può connettersi a un massimo di 250 dispositivi, e la maggior parte delle soluzioni disponibili in commercio supporta fino a 50 dispositivi. L'802.11-b/g/n funziona su 2,4 GHZ e fornisce 150-200 Mbps di velocità di dati nell'ambiente domestico o d'ufficio, tipicamente a una distanza di 50 metri. L'ultimo standard 802.11-ac funziona su 5 GHz e fornisce un tasso di dati di 500 Mbps-1 Gbps.

Cellulare

Molte applicazioni IoT utilizzano le reti cellulari esistenti come 3G, 4G LTE e 5G per la comunicazione dei dati. Il 3G utilizza 2100 MHz e offre una velocità di dati di 384 Kbps-10 Mbps, e il 4G LTE offre una velocità di dati elevata di 3 Mbps-10 Mbps a 2700 MHz. Sono inadatti per la maggior parte delle applicazioni IoT a causa del loro alto consumo di energia e dei costi di implementazione elevati. Cat-M1 e NB-IOT sono stati introdotti nel 3rd Generation Partnership Project (3GPP) per l'adozione alle reti 4G LTE esistenti per la comunicazione IoT e M2M. Il 5G, con una capacità maggiore di qualsiasi rete 4G, è in fase di sviluppo per aumentare gli utenti della banda larga mobile e per supportare la comunicazione tra dispositivi. Per fare ciò, diverse tecniche sono applicate al 5G, come il massive multiple-input multiple-output (MIMO), la comunicazione full-duplex, le reti eterogenee (HetNet), le onde millimetriche (mmWave) e lo slicing di rete. L'insieme dei servizi di rete 5G può essere classificato in tre diverse categorie secondo l'International Telecommunication Union (ITU): banda larga mobile potenziata (eMBB), comunicazioni massive machine-type (mMTC), e comunicazioni ultra-affidabili e a bassa latenza (uRLLC).

NFC

Near Field Communication (NFC) è un protocollo di comunicazione radio a corto raggio. Utilizza lo standard ISO/IEC 18000-3 e la banda di frequenza ISM di 13,56 MHz. Fornisce una velocità di dati di 100-420 Kbps e una portata fino a 20 cm. Alcuni dispositivi NFC possono leggere i tag RFID passivi ad alta frequenza (conformi a ISO 15693), che funzionano anche a 13,56 MHz. NFC fornisce una comunicazione full-duplex sulla gamma di rilevamento da substrati metallici e non metallici. Viene utilizzato per il pagamento contactless, la sincronizzazione veloce e le applicazioni di accesso ai contenuti digitali.

Sigfox

Sigfox è un fornitore di reti private simile alla telefonia o ai fornitori di servizi cellulari, specializzato nel servire i clienti dell'IoT. Utilizza bande ISM sub-GHz (da 868 a 869 MHz o da 902 a 928 MHz) e supporta un lungo raggio (fino a 50 km) utilizzando la topologia a stella. Anche se la comunicazione Sigfox è bidirezionale, il carico utile dalla stazione base al nodo è scarso. Viene utilizzato per il telerilevamento, dove basse quantità di dati devono essere trasmesse sporadicamente con requisiti di elevata durata della batteria. Per maggiori informazioni su Sigfox , clicca qui.

LoRaWAN

LoRaWAN è un protocollo di comunicazione Low Power Wireless WAN nella gamma di frequenza sub-GHz (433/ 868/915 MHz). Ha una velocità di dati tipica di 0,3-50 Kbps e può coprire fino a 15 km di distanza. La distanza maggiore si ottiene abbassando dinamicamente la velocità dei dati. È progettato per fornire una comunicazione a bassa potenza, a basso costo, sicura e full-duplex per IoT, M2M, Smart City e applicazioni industriali. Per maggiori informazioni su LoRaWan, clicca qui.