IoT Gateway Platform các ứng dụng: (Phần 2) Giải pháp

fig1

Chúng ta đã biết về những thử thách phải đối mặt trong việc hiện thực IoT Gateway. Bây giờ, chúng ta cùng thảo luận về những phương án khả thi trong hoàn cảnh sử dụng của chúng.

Kỹ thuật kết nối Node

Trong bức tranh toàn cảnh hiện tại, rất nhiều các kỹ thuật kết nối được biết đến như Bluetooth, Wi-Fi, NFC, ZigBee. Và có một vài network mới xuất hiện như Sub GHz, Thread, ANT, Z-Wave ứng dụng cho các ứng dụng smart home, smart city, smart lighting smart metering.

Dựa trên các ứng dụng, khoảng cách hoạt động, năng lượng tiêu thụ, data rate, tần số hoạt động, thời lượng pin sẽ bắt buộc lựa chọn một hoặc kết hợp nhiều kỹ thuật truyền thông khác nhau. Bảng dưới đây so sánh các tính năng quan trong của các kỹ thuật truyền thông hiện nay. So sánh các kỹ thuật trong bảng 1.

Technology Standard Band Range Power Data Rate IoT Applications
Bluetooth Bluetooth 4.x specification 2.4 GHz Medium
50-150m (Smart)
Medium
Low (BLE)
Medium
1Mbps
Wearable devices
Sensors Nodes
IoT application
Wi-Fi 802.11b/g/n/ac 2.4 / 5 GHz Medium
50m
High High
500Mbps to 1Gbps
IP Camera
Gate way devices
NFC ISO/IEC 18000-3 13.56MHz Low
10cm
Low Low
100–420kbps
Access Management
BT/Wi-Fi pairing
e-Tickets
Payment
Sub GHz 802.15.4 6LowPAN 868 MHz / 915MHz High Low Low
500kbp
Smart Street light
Energy meters
Smart Building
Zigbee 802.15.4 2.4GHz 10-100m Low Low
250kbp
Smart street light Smart Building
Z-Wave ITU-T G.9959 900MHz 30m Low 9.6/40/100kbit/s Home automation
Thread 802.15.4 and 6LowPAN 2.4GHz N/A Low 250kbp Home automation

Kỹ thuật kết nối Backend

Kết nối với một server quản lý (backend) bao gồm kỹ thuật kết nối backhaul cũng như các giao thưc kết nối đến backend. Kết nối Backhaul như là một kết nối khoảng cách xa của IoT Gateway đến ISP endpoint. Kỹ thuật Cellular như 2G/3G/LTE là những phương án phổ biến. Tuy nhiên chúng ta có thể sử dụng PLC (power line communication) cho đèn đường thông minh hoặc những ứng dụng khác sử dụng đường điện. Cáp quang có thể dùng cho các ứng dụng yêu cầu băng thông cao. Cho những vùng xa không được bao phủ bởi sóng di động (cellular) thì dùng phương án vệ tinh hoặc kêt nối sóng siêu âm từ điểm tới điểm (microwave point to point).

Giao thức kết nối

Có rất nhiều giao thức kết nối sử dụng IoT gateway để liên lạc với ứng dụng cloud. Dưới đây là một vài kỹ thuật phổ thông và ưu nhược điểm

Plain HTTP:

Cho  đến nay nó là giao thức phổ biến nhất. Nó được hầu hết các server hỗ trợ và là chuẩn của Internet và ít gặp vấn đề về tương thích. Nó cũng phù hợp RESTful APIs. Tuy nhiên nó nặng nề vì gói HTTP với header và dùng thông tin ký tự. Nó không mang thông tin trạng thái mặc dù là lớp trên của TCP. Sẽ không phù hợp với trường hợp thời gian thật (real-time). Client phải gửi một request để nhận gói trả về từ server. Client phải giữ polling để cập nhật từ server.

CoAP:

Constrained Application Protocol (tạm dịch giao thức quy ước cho ứng dụng) có thể được xem như là phiên bản binary của HTTP. Nó được cải tiến từ những giới hạn của HTTP. Với header ngắn gọn và hỗ trợ định dạng binary để giảm tải đường truyền. Nó có thể sử dụng ở lớp trên của TCP hoặc một lớp transport khác như cả SMS. CoAP packet có thể dễ dàng chuyển đổi sang một HTTP packet. Tuy nhiên vì  không nhiều hạ tầng Internet hỗ trợ nên nó hoạt động không tốt với firewall, các proxy và các router. Vì vậy giao thức này chỉ phù hợp với mạng cá nhân và thường là những mạng lưới cảm biến.

Web sockets:

Cũng là một giao thức mới hỗ trợ tiêu chuẩn web. Nó giống với HTTP về cơ chế địa chỉ và bắt tay. Vì vậy giúp nó có thể tương thích với các hạ tầng mạng trước đậy. Mỗi lần bắt tay hoàn thành no sẽ chuyển xa giao tiếp 2 chiều (duplex communication) ở lớp trên của TCP. Nó thích hợp cho ứng dụng thời gian thật, giao tiếp 2 chiều. Đặc biệt phù hợp trong môi trường hosting chia sẻ (shared hosting) và gateway hoạt động sau proxy.

MQTT:

Cũng là một giao thức phổ biến chạy trên lớp TCP. Với mô hình topic subscriber. Mặc dù tương thích nhiều hơn cho broadcasting message đến gateway mong muốn, nó còn dùng để giao tiếp gateway với server. Nó có vài tính năng như Last Will và Testament hữu ích cho ứng dụng IoT.

AMQP:

Đây có lẽ là giao thức tương thích nhất cho kết nối gateway và server. Giao thức này hoạt động như một hàng chờ (queue) lưu trữ và chắc rằng gói đó không bị mất, thậm chí trong trường hợp ngưng tạm thời.

XMPP:

Extensible Messaging and Presence Protocol  là một giao thức phổ biến dùng trong trò chuyện (chat) của các client trong giao tiếp thời gian thật. Nó được chuẩn hóa rất nhiều thứ như user authentication và message ID. Tuy nhiên do đặc điểm kỹ thuật phức tạp và trao đổi dữ liệu rườm rà theo chuẩn XML khi chúng khó tương thích với các ứng dụng IoT.

Các bài trong series

Phần 1: Giới thiệu và những thử thách
Phần 2: Giải pháp
Phần 3: Wireless Bridge của STMicroelectronics
Phần 4: Ứng dụng và kết luận

Tham khảo: electronicofthings.com

Comments

linhkienbachkhoa

Comments