12 Protocolli IoT: moderne piattaforme IoT si stanno evolvendo per far fronte alle sfide future

Secondo una previsione di Gartner , entro il 2021 ci saranno 25 miliardi di dispositivi connessi, che è significativamente superiore alla loro precedente stima di 20,4 miliardi di dispositivi nel 2020. I dati IDC mostrano che 152.000 dispositivi IoT si collegheranno a Internet ogni minuto entro il 2025. Sì, hai letto bene, 152.000 dispositivi al minuto. Queste statistiche mostrano chiaramente una crescita esponenziale del numero di dispositivi collegati.

Proprio come qualsiasi altra tecnologia, l’IoT ha anche la sua giusta dose di sfide, che potrebbero ostacolarne l’adozione più ampia. La buona notizia è che le moderne piattaforme IoT si stanno evolvendo per far fronte alle sfide future. Sicurezza e privacy sono sempre state alla base dei dispositivi IoT. La mancanza di standard e protocolli complica ancora di più le cose. Per fortuna, questo problema è stato risolto dopo l’introduzione di molti nuovi protocolli IoT. Sfortunatamente, una piccola percentuale di aziende conosce questi protocolli, e tanto meno li implementa.

In questo articolo, imparerai a conoscere i protocolli e gli standard di comunicazione IoT che nessuno ti ha mai detto prima.

1. ZigBee

Inizialmente progettato per soddisfare le esigenze industriali anziché le esigenze dei consumatori, ZigBee è la scelta ideale per siti industriali in cui i dati devono essere trasferiti in piccole quantità tra diversi edifici o abitazioni. Funziona a una frequenza di 2,4 GHz . Famoso per il supporto di soluzioni a bassa potenza, scalabili e sicure, ZigBee 3.0 ha convertito il protocollo in un unico standard, semplificando allo stesso tempo l’implementazione.

2. MQTT IoT

Sviluppato nel 1999 da Arlen Nipper di Arcom e Andy Stanford Clark di IBM, è fondamentalmente un protocollo di messaggistica che consente la comunicazione dei dispositivi e aiuta gli utenti a monitorare i loro dispositivi IoT da una posizione remota. MQTT è stato a lungo utilizzato per la raccolta di dati da dispositivi elettrici.

Il protocollo MQTT ha tre componenti chiave:

  • Subscriber
  • Publisher
  • Broker

L’editore genera i dati e li invia al sottoscrittore con l’aiuto di un broker. I broker fungono da intermediario la cui responsabilità è garantire la sicurezza e la privacy dei dati trasmessi tra editori ed iscritti. Per renderlo possibile, autorizza e autentica sia gli abbonati che i publisher.

3. CoAP

CoAP è l’acronimo di Constrained Application Protocols . Progettato principalmente per dispositivi smart con restrizioni, CoAP è l’opzione migliore per i dispositivi con una community. Ciò che lo distingue è la sua capacità di funzionare bene anche con i protocolli HTTP. In effetti, condivide molte somiglianze e alcune differenze con i protocolli HTTP.

Ad esempio, si basa sulla stessa architettura utilizzata da HTTP. In secondo luogo, sia HTTP che CoAP sfruttano UDP per una trasmissione di dati più piccola. Una delle principali differenze tra HTTP e CoAP è in termini di ambiguità. CoAP elimina l’ambiguità associata ai comandi get, put, delete di HTTP.

4. DDS

DDS è l’acronimo di Data Distribution Service . Facilitando la comunicazione machine to machine, questo protocollo è in grado di gestire comunicazioni in tempo reale ad alte prestazioni tra macchine.

DDS comprende due livelli principali:

  • Data-Centric Publish-Subscription (DSP)
  • Data Local Reconstruction Layer (DLRL)

Ciò che rende DDS unico è la sua capacità di trasferire dati sia su dispositivi a basso footprint che sul cloud. Questo protocollo è stato sviluppato da Object Management Group nel 2004.

5. AMQP

AMQP è l’acronimo di Advanced Messaging Queuing Protocol . È un protocollo a livello di applicazione progettato principalmente per il middleware ed è di natura orientata ai messaggi. Ciò che rende speciale AMQP è il fatto che è considerato un protocollo di messaggistica IoT standardizzato a livello globale.

Il protocollo AMQP ha tre elementi chiave:

  • Exchange
  • Message Queue
  • Binding

Il ruolo di scambio è di mettere insieme il messaggio e disporlo in una coda mentre la coda del messaggio è responsabile della memorizzazione del messaggio. Come suggerisce il nome, l’elemento di associazione funge da ponte tra il componente di scambio e i componenti della coda dei messaggi.

6. LoRaWAN

LoRaWAN è l’acronimo di Long Range Wide Area Network . Creato per  supportare vaste reti con milioni di dispositivi a bassa potenza, è uno dei migliori protocolli IoT per le smart cities. Inoltre, viene anche utilizzato per proteggere la comunicazione bidirezionale.

La sua lunghezza di 15 km nelle aree suburbane lo distingue dagli altri protocolli IoT. Nelle aree urbane, il raggio d’azione è compreso tra 2 e 5 km . Anche se la frequenza può variare da rete a rete, la sua capacità di comunicare su lunghe distanze lo rende un ottimo protocollo IoT.

7. Z-Wave

Il protocollo IoT Z-Wave si concentra sulla comunicazione a radiofrequenza a bassa potenza. Questo protocollo può tornare utile nelle applicazioni di automazione domestica . A differenza delle tecnologie di rete wireless come il Wi-Fi, offre una protezione molto migliore, bassa latenza e altre funzionalità. Dal momento che funziona in banda sub-1 GHz . Il raggio d’azione è compreso tra 30 e 100 metri . La velocità di trasferimento dei dati va da 40 a 100 kilobit al secondo . Z-wave può darti accesso al cloud e funge da ponte che collega componenti diversi tra loro.

8. SigFox

Operando nel mezzo del Wi-Fi e del cellulare, Sigfox sfrutta le bande ISM. Poiché queste bande sono libere da usare, è per questo che non è nemmeno necessario acquistare licenze per utilizzare questo protocollo IoT. Sigfox offre basse velocità di trasferimento dei dati e consuma poca energia utilizzando una tecnologia chiamata Ultra Narrow Band.

Uno dei maggiori svantaggi dell’utilizzo di questo protocollo IoT è che puoi solo trasmettere dati su uno spettro ristretto, ma più che compensarlo con il suo basso consumo energetico. Tutto ciò lo rende uno dei migliori protocolli IoT per la comunicazione da macchina a macchina.

Stiamo già vedendo le sue applicazioni in contatori intelligenti, lampioni, dispositivi di sicurezza, monitor paziente e ambiente e sensori basati su agricoltura in Europa. Negli ambienti rurali, questo protocollo può funzionare nell’intervallo 30-50 km e 3-10 km negli ambienti urbani.

9. Thread

Progettato dall’inventore di Nest, famoso fornitore di soluzioni di automazione domestica , Thread è il nuovo concorrente nel gioco del protocollo IoT, ma ha mostrato un’enorme promessa. È fondamentalmente un protocollo di rete basato su IPv6 basato su 6LowPAN. Sviluppato inizialmente per integrare le reti Wi-Fi in un ambiente domestico, da allora ha sostanzialmente ampliato le sue applicazioni. Capace di gestire 250 nodi con autenticazione e crittografia, il thread funziona a una frequenza di 2,4 GHz e ha un intervallo da 10 a 30 metri . Inoltre, può anche supportare reti mesh all’interno dei ricetrasmettitori radio.

10. EnOcean

Di gran lunga il protocollo IoT più innovativo, EnOcean adotta un approccio completamente diverso alla connettività IoT. Invece di seguire il modello tradizionale, sfrutta le capacità di raccolta di energia e rilevamento wireless . Questo lo rende una scelta perfetta per i dispositivi che devono avvisare gli utenti in base alle mutevoli situazioni. Ad esempio, informare i proprietari dei dispositivi sui cambiamenti di temperatura e condizioni di legatura.

Anche se le sue applicazioni sono piuttosto limitate all’automazione domestica, alla logistica, ai trasporti e all’automazione industriale, ma in futuro potremmo vederle crescere in diversi settori. Coprendo un raggio di 300 metri in ambiente esterno e 30 metri in ambiente interno, questo protocollo IoT funziona sulla frequenza di 315 MHz, 868 MHz e 902 MHz.

11. 6 LowPAN

LowPAN è l’acronimo di Low Power Personal Area Network . 6LowPAN è fondamentalmente un protocollo di rete che utilizza il proprio meccanismo di compressione e incapsulamento delle intestazioni. Il livello fisico su cui funziona questo protocollo e la banda di frequenza utilizzata lo rende compatibile con più piattaforme di comunicazione come Wi-Fi, ISM sub-1 GHz ed Ethernet.

Poiché questo protocollo si basa su IPv6, può gestire facilmente milioni di dispositivi IoT. Non è tutto, ogni dispositivo IoT può avere il proprio indirizzo IP univoco, il che rende semplice per i proprietari dei dispositivi tenere traccia dei dispositivi e migliorarne la sicurezza . Con IPv6 che offre sistemi di trasporto per sofisticati sistemi di controllo e che consente alle aziende di comunicare anche con i dispositivi consumando meno energia e costando meno soldi, potremmo vedere la sua popolarità crescere in futuro.

12. Neul

Proprio come Sigfox, anche Neul utilizza una banda GHz inferiore a 1. Utilizza diverse frequenze che vanno da 470 MHz a 900 MHz per creare reti wireless a basso consumo, elevata copertura e basso costo . Utilizza la tecnologia di comunicazione senza peso, che è una nuova tecnologia di rete wireless senza fili progettata per sostituire le tecnologie di comunicazione esistenti come GPRS, CDMA, 3G e 4G LTE per dispositivi IoT. I dispositivi IoT che utilizzano questo protocollo consumano ovunque da 20 a 30 mA di potenza e possono trasmettere dati a una velocità compresa tra 100 bit al secondo e 100 kilobit al secondo .