“Internet of Things” – Protokoli

Internet stvari je nova dimenzija stvarnog sveta. Iako kod nas tek dolazi na mala vrata, u svetu se uveliko koriste takozvana "smarthouse" rešenja. U ovom postu probaću da približim najčešće i najoptimalnije protokole za pametne instalacije.

Internet of Things - Protokoli

Da bi jedan sistem pametne instalacije bio bezbedan, neophodno je poznavanje i zaštita mrežnih protokola koji čine takav sistem.

Skup umreženih fizičkih objekata sa ugrađenom elektronikom, softverom i raznim senzorima koji mere vrednosti iz okoline i prenose ih međusobno, kako bi se postigao inteligentan efekat, može se nazvati pametna instalacija ili IOT (eng: Internet of things).

Mrežni protokoli

Itegracijom M2M (eng: Machine to machine) i bežičnih senzorskih mreža sa servisima koji korste TCP/IP protokol, omogućava se agregacija (U kibernetici i računarstvu pojam poznat kao pridruživanje, spajanje manjih sistema većima, razne unije, “više agregatno stanje”), vizuelizacija (okom pristupačno korsniku u vidu UI – korisničkog interfejsa izmeđuostalog…), analiza (sakupljanje parametara iz IOT mreže radi dalje obrade podataka) i tako dalje. Spektar mogućnosti gotovo da nema limita, osim silicijuma koji je dostigao (ili uskoro dostiže) svoj vrhunac (uzimajući u obzir klasičnu fiziku – nego to sada nije tema).

Kompleksnost protokola je direktno uslovljena odnosom softvera i hardvera u jednoj mreži pametnih instalacija.

Nabrojaću standardne protokole i malo pojasniti njihovu funkcionalnost.

Ethernet

Ethernet kao protokol je popularan način povezivanja različitih tipova računara u lokalnu mrežu standardnim kablom. Razvijen je od strane “Xerox”-a i nalazi se gotovo na svakom računaru. Definisan je IEEE 802.3 standardima na fizičkom sloju veze OSI (eng: Open Systems Interconnection) referentnog modela. Ethernet je širokopojasni upotrebni standardizovani model za LAN i WAN mreže. MAC interfejs od 48 bita ima jedinstven identifikacioni model za primaoca i pošiljaoca.

Wi-Fi 

Wi-Fi (eng: Wireless fidelity) se često koristi u pametnim instalacijama za lokalne bežične mreže zasnovane na grupi IEEE 802.11 standarda koji uglavnom koristi frekvenciju od 2,4 do 2,4835 GHz, dok kod 802.11a se koristi opseg od 5,725 do 5,850 GHz.

Li-Fi 

Li-Fi (eng: Light Fidelity) ili podaci putem svetla su na nivou avangarde još uvek iako ih u Indiji već proizvode i distribuiraju širom razvijenih zemalja. Optička bežična komunikacija (eng: Optical Wireless Communications – OWC) ili kako sam naveo Li-Fi je tehnologija koja koristi LED diode kao komunikatore. Poseduje prijemnik – Rx i predajnik – Tx. Takozvana vizuelna svetlosna komunikacija (eng: Visual Light Communication – VLC) nije vidljiva ljudskim okom pa je prenos podataka kroz svetlo gotovo nemoguće hakovati. Kao i Wi-Fi, Li-Fi je takođe bežična komunikacija i koristi slične protokole 802.11 standarda. Ali umesto radio frekventnih talasa (kao Wi-Fi), Li-Fi koristi ultraljubičastu i insfracrvenu svetlost kao i VLC tehnologiju za prenos podataka. Poseduje drajver (Tx) koj se kači na mrežno čvorište i stik (Rx – prijemnik) koj se konektuje na klijent računar. Ne ide kroz zidove jer je svetlo i ograničen je prostorno a i skup za komercijalnu upotrebu. 5G mreža će raditi u potpunosti (ili bar većinski u vazdušnom prostoru) na Li-Fi tehnologiji. Li-fi je dosta “zdrava” tehnologija pa joj se može naći primena, na primer u bolnicama.

Bluetooth

Bluetooth tehnologija je zasnovana na radio talasima i karakteriše je mala potrošnja energije i jeftin hardver. Bluetooth mreže rade na takozvanom Scacetternet konceptu koji su stvoreni od više malih ćelija, piko mreže (eng: piconets) i uređaji rade u nekom od sledećih režima: master, slave, stand-by i hold.

IrDA

IrDA (eng: Infrared data association) je komunikacioni protokol namenjen point-to-point ili point-to-multipoint komunikaciji između električnih uređaja (računara, mobilnih telefona i ostalih perifernih komponenti) koristeći direktnu infra-crvenu komunikaciju kroz prostor ostvarenu pomoću LED (eng: Light emiting diodes) diode. Da ne nabrajam tabelarno sa performansama standarde, samo ću ih nabrojati: SIR, MIR, FIR, VFIR i UFIR (eng: Ultra Fast Infrared) brzine do 100Mbps koji je trenutno u razvoju. Jedna od upotreba ovog standarda je navođenje raketa, a jedan od primera je Vympel R-23/24 (NATO naziv: AA-7 Apex), sovjetska raketa vazduh-vazduh srednjeg dometa. Razvijena je tehnologijom po IrDA protokolu i poluaktivnim radarskim navođenjem posebno za avion MiG-23. U IoT (eng: Internet of Things) instalacijama koristi se najviše za upravljanje multimedijom.

WiMAX

WiMAX (eng: Worldwide Interoperability for Microwave Access) je širokopojasna bežična tehnologija definisana IEEE 802.16 standardom. WiMAX je sličan Wi-Fi standardu, ali radi na većim razdaljinama, većom brzinom protoka nosi više korisnika. Kod WiMAX-a postoji fiksni pristup, nomadski pristup, mobilni pristup i potpuna mobilnost (4 faze). Poznat je kao mikrotalasni pristup i radi na principu “tačka na više tačaka”.

ZigBee

ZigBee je protokol za bežičnu komunikaciju, koj radi po IEEE 802.15.4 standardu. U pametnim mrežama (IOT) i M2M komunikacije, koristi se da bi upravljao pametnim uređajima. ZigBee je bežični komunikacioni protokol namenjem ličnim mrežama s malom propustljivošću i malom potrošnjom energije. Ciljane primene ZigBee-a su aplikacije koje zahtevaju umrežavanje velikog broja uređaja, prenos male količine  podataka, malu potrošnju energije i visoku sigurnost prenosa. Koristi se u automatizaciji, satelitskoj komunikaciji, medicini i slično. Pošto ima tu moć da brzo i sigurno hendluje malu informaciju, uglavnom se koristi kao takozvani FFD (kordinator) ili FFD (usmerivač – ruter) ili kao FFD (terminator – poslednji u nizu) u čvorištima. Primer je komunikacija  između satelita i GSM kartice.

HIPERMAN 

Hiperman (eng: High Performance Radio Metropolitan Area Network) je standard koji je kreirao Evropski telekomunikacioni institut za standarde (ETSI) u grupi za Mreže širokopojasnog radio pristupa (BRAN) da bi obezbedio mrežu bežične komunikacije u području 2 – 11 GHz širom Evrope i drugih zemalja koje koriste standard ETSI. HIPERMAN je evropska alternativa za WiMAX (ili IEEE 802.16 standard) i korejsku tehnologiju WiBro.

Kućni mrežni protokoli (protokoli kućne automatike)

KNX

KNX je mrežni protokol za pametne instalacije, zasnovan je na OSI referentnom modelu, koji funkcioniše na nekoliko komunikacionih medijuma: upredena parica, elektroenergetska mreža, radio-talasi, infracrveni talasi, Ethernet. Najčešće se realizuje pomoću upredenih parica. Koristi takozvanu BUS (bas) magistralu, topologiju zvezde, dok topologija prstena nije podržana.

LonWorks

LonWorks (eng: Local operating network) je mrežna platforma adresiranju koje je potrebno da bi se aplikativno kontrolisalo. Platformu je kreirala kompanija Echelon Corporation za mrežne uređaje koje koriste upredene parice, powerlines (PL), fiber optiku i radio talasnu frekvenciju (RF). Najčešće se koristi za automatizaciju svetla. LonWork se temelji na (P2P – Peer to peer) komunikaciji ravnopravnih uređaja.

Pored Lon Works ističe se i X10 međunarodni otvoreni standard za komunikaciju elektronskih uređaja u kućnoj automatizaciji.

Vlasnički komercijalni protokoli

Insteon

Insteon je dual-band (radi u dva frekventna opsega, nekada preko različitih medijuma) mrežna topologija koja obezbeđuje automatizaciju svetla, temperature, senzora pokreta i drugih električnih uređaja. Uređaji komuniciraju putem strujnih kanala elektroenergetske mreže(eng: Powerline, PL), radio-talasa (eng: Radio frequency, RF) ili kombinacijom jednog i drugog. Node tehnologija omogućavaju brzinu prenosa informacije. Što je više modula u instalaciji, sama instalacija je brža. Rf protokol omogućava komunikaciju gde redudantnost daje PL (eng: Powerline) protokol.

Pored Insteona tu su Leviton, Z-wawe, En-Ocean i drugi.

Protokoli mobilnih mreža

Protokole mobilnih mreža čine 3G mreže (Po specifikaciji IMT-2000), 4G mreže (LTE) i mreža koja je u zaletu po imenu 5G.

Protokoli transportnog sloja

TCP protokol 

TCP (eng: Transmission Control Protocol) protokol obezbeđuje pouzdan transfer podataka u IP okruženju. Sekvencijalna identifikacija bajtova je u nizu bez strukture kod transfera u TCP protokolu. Bajtovi u segmentima dobijaju broj sekvence, aplikaciji se dodeli broj porta i to se prosleđuje IP protokolu. TCP vrši takoreći kontrolu transmisije (prenosa) podataka, ali jasnije rečeno, on reguliše transportni sloj mreže.

UDP protokol 

UDP (eng: User Datagram Protocol) stvara nespojive pakete. On ne stvara veze i koristi se kada se podaci trebaju poslati brzo, baš kada je brzina bitna. On ne razmišlja o tome da li će paketi biti uništeni i nije mu bitan redosled. Obično se korsti za video konferencije, video telefonije (VoIP), servere za računarske igre, DNS kao i za još neke stvari. UDP za razliku od TCP-a, akcenat stavlja na efikasnot (brzinu) prenosa paketa uz minimalnu strukturu protokola. Zbog nedostatka provera, često se pogrešno navodi i kao Unreliable Datagram Protocol (Nepouzdan datagram protokol). UDP je za razliku od TCP-a, može se reći “puritanac” sa minimalnom opremom. To mu daje brzinu. Zahteva veoma mali broj podataka od servera i vrši sve osnovne radnje mreže, ali on jednostavno ništa ne garantuje.

Detaljnije:

https://supernet.rs/mrezni-protokoli/

Protokoli mrežnog internet sloja

IPv4

Detaljnije o IPv4 adresama možete pročitati ovde:

https://supernet.rs/ipv4-adresiranje/

Ipv6

Detaljnije o Ipv6 adresama možete pročitati ovde:

https://supernet.rs/ipv6-adrese/

Zbog preobimnosti ove teme, biće dobro da se ovde i zaustavimo do sledećeg dela ove priče.