الجزء 1 – التحليل الكامل لبروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء

مع الزيادة المستمرة في عدد أجهزة إنترنت الأشياء، أصبح الاتصال أو الاتصال بين هذه الأجهزة موضوعًا مهمًا للنظر فيه.يعد التواصل أمرًا شائعًا جدًا ومهمًا لإنترنت الأشياء.سواء كانت تكنولوجيا الإرسال اللاسلكي قصيرة المدى أو تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة، فإنها تؤثر على تطوير إنترنت الأشياء.في مجال الاتصالات، يعد بروتوكول الاتصال ذا أهمية خاصة، وهو عبارة عن القواعد والاتفاقيات التي يجب على الكيانين اتباعها لإكمال الاتصال أو الخدمة.تقدم هذه المقالة العديد من بروتوكولات اتصالات إنترنت الأشياء المتاحة، والتي تتميز بأداء مختلف ومعدل بيانات وتغطية وقوة وذاكرة، ولكل بروتوكول مزاياه الخاصة وعيوبه بشكل أو بآخر.بعض بروتوكولات الاتصال هذه مناسبة فقط للأجهزة المنزلية الصغيرة، بينما يمكن استخدام البعض الآخر لمشاريع المدن الذكية واسعة النطاق.تنقسم بروتوكولات الاتصال الخاصة بإنترنت الأشياء إلى فئتين، إحداهما بروتوكول الوصول، والأخرى بروتوكول الاتصال.يكون بروتوكول الوصول مسؤولاً بشكل عام عن التواصل والاتصال بين الأجهزة الموجودة في الشبكة الفرعية؛بروتوكول الاتصال هو في الأساس بروتوكول اتصال الجهاز الذي يعمل على بروتوكول الإنترنت التقليدي TCP/IP، وهو المسؤول عن تبادل البيانات واتصال الأجهزة عبر الإنترنت.

1. الاتصالات الخلوية بعيدة المدى

(1) تشير بروتوكولات الاتصال 2G/3G/4G إلى بروتوكولات نظام الاتصالات المتنقلة من الجيل الثاني والثالث والرابع على التوالي.

(2) NB-إنترنت الأشياء

أصبحت إنترنت الأشياء ضيقة النطاق (NB-iot) فرعًا مهمًا من إنترنت كل شيء.

نظرًا لأنه مبني على شبكات خلوية، يستهلك nb-iot حوالي 180 كيلو هرتز فقط من عرض النطاق الترددي ويمكن نشره مباشرة على شبكات GSM أو UMTS أو LTE لتقليل تكاليف النشر والترقيات السلسة.

تركز Nb-iot على سوق إنترنت الأشياء (IoT) ذات التغطية الواسعة منخفضة الطاقة (LPWA) وهي تقنية ناشئة يمكن تطبيقها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم.

ويتميز بخصائص التغطية الواسعة، والعديد من الاتصالات، والسرعة العالية، والتكلفة المنخفضة، وانخفاض استهلاك الطاقة والهندسة المعمارية الممتازة.

سيناريوهات التطبيق: توفر شبكة nB-iot سيناريوهات تشمل مواقف السيارات الذكية، ومكافحة الحرائق الذكية، والمياه الذكية، وأضواء الشوارع الذكية، والدراجات المشتركة، والأجهزة المنزلية الذكية، وما إلى ذلك.

(3)5 جرام

تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس هي أحدث جيل من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة الخلوية.

تتمثل أهداف أداء 5G في معدلات بيانات عالية، وتقليل زمن الوصول، وتوفير الطاقة، وخفض التكاليف، وزيادة سعة النظام، واتصال الأجهزة على نطاق واسع.

سيناريوهات التطبيق: الواقع المعزز/الواقع الافتراضي، إنترنت المركبات، التصنيع الذكي، الطاقة الذكية، الطب اللاسلكي، الترفيه المنزلي اللاسلكي، الطائرات بدون طيار المتصلة، البث المباشر عالي الدقة/البث البانورامي، مساعدة الذكاء الاصطناعي الشخصية، المدينة الذكية.

2. الاتصالات غير الخلوية لمسافات طويلة

(1) واي فاي

نظرًا للشعبية السريعة لأجهزة توجيه WiFi المنزلية والهواتف الذكية في السنوات القليلة الماضية، فقد تم أيضًا استخدام بروتوكول WiFi على نطاق واسع في مجال المنزل الذكي. أكبر ميزة لبروتوكول WiFi هي الوصول المباشر إلى الإنترنت.

بالمقارنة مع ZigBee، فإن نظام المنزل الذكي الذي يستخدم بروتوكول Wifi يلغي الحاجة إلى بوابات إضافية.بالمقارنة مع بروتوكول Bluetooth، فهو يلغي الاعتماد على الأجهزة الطرفية المتنقلة مثل الهواتف المحمولة.

إن تغطية شبكة WiFi التجارية في وسائل النقل العام الحضرية ومراكز التسوق والأماكن العامة الأخرى ستكشف بلا شك عن إمكانات تطبيق سيناريوهات WiFi التجارية.

(2) زيجبي

ZigBee هو بروتوكول اتصال لاسلكي للإرسال بسرعة منخفضة ومسافة قصيرة، وهو شبكة نقل بيانات لاسلكية موثوقة للغاية، والخصائص الرئيسية هي السرعة المنخفضة، وانخفاض استهلاك الطاقة، والتكلفة المنخفضة، ودعم عدد كبير من عقد الشبكة، ودعم مجموعة متنوعة من طوبولوجيا الشبكة ، تعقيد منخفض، سريع، موثوق وآمن.

تقنية زيجبي هي نوع جديد من التكنولوجيا التي ظهرت مؤخرًا.يعتمد بشكل أساسي على الشبكة اللاسلكية للإرسال.يمكنه إجراء اتصال لاسلكي من مسافة قريبة وينتمي إلى تكنولوجيا اتصالات الشبكة اللاسلكية.

المزايا الكامنة في تقنية ZigBee تجعلها تصبح تدريجيًا تقنية سائدة في صناعة إنترنت الأشياء وتحصل على تطبيقات واسعة النطاق في الصناعة والزراعة والمنزل الذكي وغيرها من المجالات.

(3) لورا

LoRa (LongRange، LongRange) هي تقنية تعديل توفر مسافات اتصال أطول من التقنيات المماثلة. بوابة LoRa، وأجهزة استشعار الدخان، ومراقبة المياه، والكشف عن الأشعة تحت الحمراء، وتحديد المواقع، والإدخال وغيرها من منتجات IOT المستخدمة على نطاق واسع. وباعتبارها تقنية لاسلكية ضيقة النطاق، تستخدم LoRa فارق التوقيت للوصول لتحديد الموقع الجغرافي. سيناريوهات تطبيق تحديد المواقع LoRa: المدينة الذكية ومراقبة حركة المرور، والقياس والخدمات اللوجستية، ومراقبة المواقع الزراعية.

3. NFC (الاتصال الميداني القريب)

(1)تتفاعل

تحديد الترددات الراديوية (RFID) هو اختصار لتحديد الترددات الراديوية. مبدأه هو نقل بيانات عدم الاتصال بين القارئ والعلامة لتحقيق غرض تحديد الهدف. تطبيق RFID واسع جدًا، والتطبيقات النموذجية هي شرائح الحيوانات، جهاز إنذار رقاقة السيارة، التحكم في الوصول، التحكم في مواقف السيارات، أتمتة خط الإنتاج، إدارة المواد. يتكون نظام RFID الكامل من القارئ والعلامات الإلكترونية ونظام إدارة البيانات.

(2) نفك

الاسم الصيني الكامل لـ NFC هو تقنية الاتصالات الميدانية القريبة.تم تطوير تقنية NFC على أساس تقنية تحديد الترددات الراديوية غير المتصلة (RFID) ودمجها مع تقنية الاتصال البيني اللاسلكي.فهو يوفر طريقة اتصال آمنة وسريعة للغاية لمختلف المنتجات الإلكترونية التي أصبحت أكثر شيوعًا في حياتنا اليومية.يشير "المجال القريب" في الاسم الصيني لـ NFC إلى موجات الراديو القريبة من المجال الكهرومغناطيسي.

سيناريوهات التطبيق: تستخدم في التحكم في الوصول والحضور والزوار وتسجيل الدخول إلى المؤتمر والدوريات وغيرها من المجالات.يتميز NFC بوظائف مثل التفاعل بين الإنسان والكمبيوتر والتفاعل بين الآلة والآلة.

(3) بلوتوث

تقنية Bluetooth هي مواصفات عالمية مفتوحة للبيانات اللاسلكية والاتصالات الصوتية.وهو عبارة عن اتصال خاص بتقنية لاسلكية قصيرة المدى يعتمد على اتصال لاسلكي قصير المدى منخفض التكلفة لإنشاء بيئة اتصالات للأجهزة الثابتة والمحمولة.

يمكن لتقنية Bluetooth تبادل المعلومات لاسلكيًا بين العديد من الأجهزة بما في ذلك الهواتف المحمولة وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وسماعات الرأس اللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الطرفية ذات الصلة.يمكن أن يؤدي استخدام تقنية "البلوتوث" إلى تبسيط الاتصال بين الأجهزة الطرفية للاتصالات المتنقلة بشكل فعال، وكذلك تبسيط الاتصال بين الجهاز والإنترنت بنجاح، بحيث يصبح نقل البيانات أسرع وأكثر كفاءة، ويوسع الطريق للاتصالات اللاسلكية.

4. الاتصال السلكي

(1) يو اس بي

USB، وهو اختصار للغة الإنجليزية Universal Serial Bus (الحافلة التسلسلية العالمية)، هو معيار ناقل خارجي يستخدم لتنظيم الاتصال والاتصال بين أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الخارجية.إنها تقنية الواجهة المطبقة في مجال الكمبيوتر.

(2) بروتوكول الاتصال التسلسلي

يشير بروتوكول الاتصال التسلسلي إلى المواصفات ذات الصلة التي تحدد محتوى حزمة البيانات، والتي تتضمن بت البداية وبيانات الجسم وبت الفحص وبت التوقف.يتعين على كلا الطرفين الاتفاق على تنسيق ثابت لحزمة البيانات لإرسال البيانات واستقبالها بشكل طبيعي.في الاتصالات التسلسلية، تشمل البروتوكولات شائعة الاستخدام RS-232 وRS-422 وRS-485.

يشير الاتصال التسلسلي إلى طريقة اتصال يتم من خلالها نقل البيانات شيئًا فشيئًا بين الأجهزة الطرفية وأجهزة الكمبيوتر.تستخدم طريقة الاتصال هذه عددًا أقل من خطوط البيانات، مما يوفر تكاليف الاتصال في الاتصالات لمسافات طويلة، ولكن سرعة نقلها أقل من الإرسال المتوازي.تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر (باستثناء أجهزة الكمبيوتر المحمولة) على منفذين تسلسليين RS-232.يعد الاتصال التسلسلي أيضًا بروتوكول اتصال شائع الاستخدام للأدوات والمعدات.

(3) إيثرنت

إيثرنت هي تقنية LAN للكمبيوتر. معيار IEEE 802.3 هو المعيار الفني للإيثرنت، والذي يتضمن محتوى اتصال الطبقة المادية والإشارة الإلكترونية وبروتوكول طبقة الوصول إلى الوسائط؟؟

(4) إم باص

نظام قراءة العدادات عن بعد MBus (mbus السمفوني) عبارة عن حافلة قياسية أوروبية ذات سلكين، تستخدم بشكل أساسي لأدوات قياس الاستهلاك مثل سلسلة عدادات الحرارة وعدادات المياه.