Komunikační protokoly pro autonomní zařízení v IIoT, které musíte znát❕

V dnešní době zažívá BOOM automatizace, robotizace a dokonce i autonomní fungování více robotů dohromady. Trh je zaplavován mikrokontrolery a jednodeskovými počítači na kterých běží real time operační systémy (jako jsou např. FreeRTOS, NuttX, Zephyr – seznam na osrtos.com).

V případě, že více robotů (hejno robotů) potřebuje spolupracovat na řešení složitějších úkolu je zásadní efektivní komunikace . Bez ní by skupinové chování bylo nemožné.

Jaký je nejvhodnější protokol, pro komunikaci v těchto případech mezi zařízeními, které mají omezené přenosové, výpočetní, paměťové, úložné a energetické zdroje?

V tomto videu si v krátkosti představíme protokoly:
CoAP
MQTT – SN
DDS-XRCE
Zenoh

Společným rysem těchto protokolů je, že:
Využívají nespojovaný UDP/IP, který je vhodný pro komunikaci v bezdrátových sítích a pro komunikaci zařízení s omezenými přenosovými, výpočetními, paměťovými, úložnými a energetickými zdroji.
Poskytují QoS, které umožňují definovat, jakým způsobem mají být data přenášena.
Umožňují vyhledávání, které usnadňuje nasazení systému.

CoAP (Constrained Application Protocol)

• Architekturní styl: Client Server
• Model komunikace: Request Reply – využívá RESTful přístup ke komunikaci.
• Velikost hlavičky: 4 byty.
• Spolehlivost: Přenos zpráv bez potvrzení (nespolihlivě) nebo s potvrzením (spolehlivě)
• Adresování zdrojů: Pomocí URI (jako u HTTP)
• Podporuje vyhledávání dostupných zdrojů v síti.

MQTT – SN (Message Queuing Telemetry Transport for Sensor Networks)

• Architekturní styl: Client Server
• Model komunikace: Publish-Subscribe
• Velikost hlavičky – minimálně 2 byty, ale obecně 7 bytů (publisher)
• Spolehlivost: Nespolehlivé, spolehlivé a spolehlivé se zaručením že zpráva je doručena pouze jednou. A speciální nespolehlivé, kdy není potřeba propojení na broker.
• Adresování zdrojů: Pomocí topiků.
• Podporuje vyhledávání bran buď aktivním vyhledáváním klienty, nebo se brána hlásí ostatním.

DDS-XRCE (Data Distribution Service for eXtremely Resource Constrained Environment)

• Umožňuje velmi omezeným zařízením, aby byly součástí systému využívajícího DDS. To je řešeno pomocí XRCE Agentů.
• Architekturní styl: Client Server
• Model komunikace: Publish-Subscribe.
• Velikost hlavičky 12 bytů – (DDS má zhruba 60 bytů). Je to za cenu kompatibility s DDS.
• Spolehlivost: Lze využívat všechny QoS, které jsou poskytovány technologií DDS.
• Adresování zdrojů: Pomocí topiků.
• Podporuje vyhledávání přes XRCE Agenty.

Zenoh

• Nejnovější protokol, který je navržen tak, aby umožňoval komunikovat přes internet a umožnil přístup k datům, jak pomocí publish-subscribe, tak pomocí dotazů. Využívá k tomu přístup Named Data Networking (NDN).
• Architekturní styl: Peer to Peer nebo Client-Server pomocí routerů
• Model komunikace: Publish-Subscribe (Push), Distributed queries (Pull).
• Velikost hlavičky 4 byty.
• Spolehlivost: Umožňuje routování pomocí routerů a poskytuje 3 stupně spolehlivosti (jen přímé spojení, mezi routery, mezi aplikacemi).
• Adresování zdrojů: Pomocí klíčů (lze si to představit jako topiky)
• Podporuje vyhledávání uzlů příslušející k routerům.

To byly čtyři protokoly pro komunikaci zařízení s omezenými přenosovými, výpočetními, paměťovými, úložnými a energetickými zdroji.

Jestli vás tato problematika zajímá, tak se se mnou neváhejte spojit.