IoT Protocol ปัจจุบันมันช่างเยอะจริงๆ มารู้จักกันดีกว่า

ปัจจุบันหนึ่งในเทคโนโลยีที่กำลังได้รับการจับตามองอย่างมากคือ เทคโนโลยี Internet of things และองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีนี้ คือเรื่องของการสื่อสาร

การเลือกโพรโทคอลในการเชื่อมต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ เป็นเรื่องสำคัญขนาดที่ว่ากำหนดได้เลยว่าสิ่งที่ทำจะสำเร็จหรือไม่ ซึ่งในปัจจุบันเทคโนโลยีการสื่อสารสำหรับอุปกรณ์ IoT ก็มีมหาศาลกันเลย ชื่อที่เรารู้จักกันดีอย่าง WiFi, Bluetooth, 3G 4G/LTE ก็เป็นหนึ่งในเทคโลยีที่ใช้กัน แต่ในโลก IoT ก็ยังมีโพรโทคอลที่ชื่อไม่คุ้นหูเช่น Zigbee, Zwave, Thread ให้เลือกใช้เป็นต้น

Bluetooth

t

เทคโนโลยีสื่อสารระยะใกล้ที่มีความสำคัญมากถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางเรียกว่าคอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่องในปัจจุบันต้องมี

ลักษณะการสื่อสารในอดีตเป็นการ pairing ระหว่างอุปกรณ์เพื่อส่งข้อมล แต่ในปัจจุบันได้เพิ่มคุณสมบัติที่เรียกว่า Bluetooth Low Energy ( BLE ) ขึ้นมา ทำให้การสื่อสารไม่จำเป็นต้อง pairing เพื่อส่งข้อมูลที่เราออกแบบก่อน ทำให้รูปแบบการสื่อสารมีทางเลือกมากขึ้นอุปกรณ์ทั้งใน Smarts Phone หรือ Wearable devices ต่างก็มี Bluetooth และยังออกแบบมาเพื่องานที่เน้นการประหยัดพลังงานอีกด้วย จึงเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากในการออกแบบอุปกรณ์ IoT ทีเน้นประหยัดพลังงานและเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อย่าง Smart Phone หรือ PC

ดังนั้น Bluetooth จึงเป็นเป็นโพรโตคอลที่สำคัญสำหรับงาน IoT Application อย่างมากในปัจจุบัน ในมาตรฐานเวอร์ชั่น 4.2 ได้รวมโพรโตคอลสแต็กอย่าง 6LowPan เข้ามาเพื่อให้การสื่อสารผ่าน Bluetooth สามารถทำผ่าน IPv6 ได้

ล่าสุดมาตรฐานออกถึง 5.0 แล้วได้เพิ่มเรื่องของระยะ ประสิทธิภาพการส่งข้อมูลให้มากขึ้น

Standard : Bluetooth 4.2 core specification
Frequency : 2.4 GHz ( ISM )
Range : 50–150m ( Smart/BLE )
Data Rates : 1Mbps ( Smart/BLE )

Zigbee

Zigbee ได้ชื่อมาจากการเต้นระบำของผึ้งที่ส่งอาหารต่อๆ กันหรือที่เรียกว่าระบำ Zig-zag
จุดเด่นของ Zigbee จะทำงานอยู่บน IEEE802.15.4 ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ออกแบบมาสำหรับงาน Wireless sensor network โดยเฉพาะ

Zigbee จะเน้นไปที่เรื่องของประหยัดพลังงานและเครือข่ายแบบเชื่อมต่อแบบ Mesh network และ Profile และ Security ระหว่างการสื่อสาร

ระยะการส่งข้อมูลจะไม่ไกลมาก แต่ขึ้นอยู่กับกำลังส่งของอุปกรณ์ โดยเฉลี่ยจะอยู่ที่ 100m ในรุ่นปกติแต่ปัจจุบันก็มีการพัฒนาให้ไปไกลได้ถึงระดับหลายร้อยเมตร จนถึงกิโลเมตร

ดังนั้น Zigbee จะเหมาะกับงานที่เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์เป็นเครือข่ายเน้นประหยัดพลังงานเป็นต้น โดยกลุ่มเป้าหมายจะเป็นทางอุตสาหกรรมมากกว่า Bluetooth

Standard : Zigbee 3.0 based on IEEE802.15.4
Frequency : 2.4 GHz ( ISM ) , Sub-GHz
Range : 10–100m
Data Rates : 250kbps

Z-Wave

Z-Wave เป็น Low-power RF ออกแบบมาสำหรับงานทางด้าน Home automation
โดยเน้นไปที่อุปกรณ์ที่ประหยัดพลังงานมาก การสื่อสารแบบสเถียรภาพ ทำงานอยู่บนคลื่นความถี่ต่ำว่า 1GHz หรือ Sub-Ghz เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนกับคลื่นความถี่ 2.4 GHz, ตัวอุปกรณ์ซัพพอร์ต Mesh network โดยไม่ต้องมี Coordinator โหนดเหมือน Zigbee

ตัวโพรโตคอลจะไม่ซับซ้อนเหมือน Zigbee ทำให้การพัฒนาทำได้ง่ายกว่า แต่ฮาร์ดแวร์ถูกจำกัด
ไว้โดยบริษัทชื่อว่า Sigma designs ถ้าเทียบกับ Zigbee ที่มีหลายผู้ผลิตมากกว่า

Standard : Z-Wave alliance ZAD12837/ ITU-T G.9959
Frequency : 900MHz (ISM)
Range : 30m
Data Rates : 9.6/40/100kbit/s

6LowPAN

เทคโนโลยี IPv6 นำมาใช้กับอุปกรณ์ด้าน LowPower
6LowPAN ย่อมาจากคำว่า ( IPv6 Low-power wireless Poresonal Area Network ) ข้อดีของ 6LoWPAN คือเป็น OpenSource Protocol ที่สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ Low power ได้หลายแบบ จุดแรกออกแบบมาบน IEEE 802.15.4 ซึ่งสามารถทำ Mesh network ได้
แต่ 6LowPAN ปัจจุบันสามารถทำงานได้ทั้งบน Bluetooth อีกด้วย

ข้อดีของการนำเอา IPv6 มาอยู่บนอุปกรณ์ขนาดเล็กทำให้เราสามารถใช้โพรโตคอลเลเยอร์บนของระบบอินเตอร์เน็ตเช่น HTTP, MQTT, CoAP หรือ Websockets

Standard : RFC6282
Frequency : ตามอุปกรณ์ที่นำไปใช้งานเช่น Bluetooth 2.4 GHz หรือ Low-power RF เป็นต้น
Range : N/A
Data Rates : N/A

Thread

โพรโตคอล IP-Base IPv6 networking ใหม่ล่าสุดโดยออกแบบมาเพื่อเน้นงานทางด้าน Home automation โดยเฉพาะ

Thread ทำงานอยู่บน 6LowPAN ถูกออกแบบมาครั้งแรกในปี 2014 โดย Thread Group เป็น Free protocol ปัจจุบันถูกนำไปใช้บน IEEE802.15.4 ดังนั้นคุณสมบัติเรื่อง Mesh, Low power จึงมีเหมือนกับ Zigbee

สรุปเกี่ยวกับ Thread คือ

• ออกแบบมาสำหรับ บ้าน โดยเฉพาะ
• Rubust self healing mesh network ประมาณว่าซ่อมเครือข่ายระหว่างอุปกรณ์ได้
• ไม่มีวัน Fail ในระบบ
• ทำงานบน 6LoWPAN อีกที
• IEEE 802.15.4 ทุกตัวใช้ได้หมดแก้ซอฟต์แวร์เฉยๆ
• เน้นเรื่อง Security ความง่ายในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ เข้ามา
• ใช้ UDP เป็นโพรโตคอลหลักอีกที
• แบตเตอรี่ใช้น้อยมากแค่ถ่าน AA ก็เอาอยู่

Standard : Thread base on IEEE 802.15.4
Frequency : 2.4 GHz
Range : N/A
Data Rates : N/A

WIFI

WiFI นี่นักพัฒนาที่สนใจ IoT ทุกท่านต้องรู้จัก เพราะใช้กันในชีวิตประจำวันข้อดีของ WiFi คือเป็นการสื่อสารไร้สายที่ออกแบบมาเพื่อการรับส่งข้อมูลที่มีปริมาณมหาศาล แต่ข้อเสียคือแลกกับเรื่องพลังงานที่ใช้เยอะตามไปด้วย ดังนั้นถ้าไม่ติดเรื่องพลังงานที่เป็นปัญหาหลัก การเลือกใช้ WiFi ก็เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับ IoT Application

Standard : IEEE 802.11n ( ใช้เยอะที่สุดในบ้าน )
Frequency : 2.4 GHz และ 5GHz
Range : ประมาณ 50m ขึ้นอยู่กับกำลังสั่งของอุปกรณ์
Data Rates : 600 Mbps แต่ส่งจริงอยู่ที่ 150–200Mbps ขึ้นอยู่กับจำนวนเสารับส่ง, ช่องสัญญาณ

Cellular

สำหรับงาน IoT application ที่เน้นเรื่องระยะการสื่อสารสามารถใช้จุดเด่นของเครือข่าย GSM/3G/4G ได้เลย ข้อดีคือได้ในเรื่องการความเร็วในการส่งข้อมูล ประสิทธิภาพ แต่ก็กินพลังงานมากตามไปด้วยเหมือนกัน

เหมาะสำหรับงานที่มีรับส่งข้อมูลในที่ห่างไกล หรือปริมาณมาก มีการรีโมทไปที่อุปกรณ์เป็นต้น
งานประเภท Telemetry ที่มีการอ่านค่าของเซนเซอร์ ข้อมูลไม่เยอะมาก และต้องใช้พลังงานน้อยอาจจะไม่เหมาะ

และจุดที่ต้องคำนึงถึงมากที่สุดคือมีการเสียค่าบริการ

Standard : GSM/GPRS/EDGE (2G), UMTS/HSPA(3G), LTE (4G)
Frequency : 900/1800/1900/2100MHz
Range : N/A
Data Rates : N/A

NFC

NFC หรือ ( Near Field Communication ) เป็นเทคโนโลยีที่ออกแบบสำหรับการรับส่งข้อมูลระยะใกล้ระหว่างอุปกรณ์สองตัว โดยเฉพาะ Smart Phone กับ Smart Phone หรือ Smart Phone กับอุปกรณ์อื่น ถูกไปประยุกต์ทั้งด้านการชำระเงิน, การเข้าถึงดิจิตอลคอนเทนต์เช่น แตะเพื่อโหลด URL จากอุปกรณ์อื่น

จุดเด่นคือขั้นตอนในการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนน้อยที่สุด แค่เอามาใกล้ๆ กันก็สามารถรับส่งข้อมูลได้ทันที

Standard : ISO/IEC 18000–3
Frequency : 13.56MHz (ISM )
Range : 10cm
Data Rates :100–420kbps

LoRaWAN

น้องใหม่ที่กำลังมาแรงมาก ในเรื่องของ IoT Application จุดเด่นของ LoRA เน้นไปที่ Wide Area Network การออกแบบมาสำหรับสื่อสารระยะไกลระหว่าง Node และ Gateway เป็นระดับ 2–15 กิโลเมตร อีกทั้งยังประหยัดพลังงานด้วย

ตัวการสื่อสารเป็นแบบ Bi directional
มี Type ของโพรโทคอลรองรับให้เหมาะกับ Application โดยตัว Gaetway จะต้องสามารถซัพพอร์ตตาม Type นั้นๆ

แนวคิดของ LoRAWAN คือไม่ต้องมีการ Mesh ระหว่างอุปกรณ์ ส่งให้ถึง Gateway พอที่เหลือก็เข้าถึง Internet ได้แล้ว และยังประหยัดพลังงานด้วย

Standard : LoRAWAn
Frequency : Various
Range : 2–5 Km ( Urban ), 15 Km ( Suburban )
Data Rates : 0.3–50 kbps

NB-IoT

NB-IoT ( Narrow Band IoT ) ถูกออกแบบโดย 3GPP ที่มีหน้าที่กำหนดสเปคทางด้านการสื่อสาร 3G, 4G/LTE ทุกวันนี้ ถูกประกาศมาครั้งแรกประมาณ กุมภาพันธ์ 2015 โดยออกมาพร้อมกับ Release 13 ของมาตรฐาน 3GPP

จุดมุ่งหมายของ NB-IoT คือการที่อุปกรณ์ประเภท Low data rate ต้องการใช้เครือข่ายเดียวกันกับเครือข่ายเซลลูลาร์ได้ และจำเป็นจะต้องใช้พลังงานน้อย

โดยตัว NB-IoT ถูกออกแบบมาโดยมีวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้

• Long battery Life : 10 ปี เมื่อใช้กับแบตเตอรี่ 5 Watt hours
• ฮาร์ดแวร์มีราคาถูกเห็นเป้าตั้งไว้ที่ต่ำกว่า 5$
• 1 Cell site รองรับได้ประมาณ 50,000 โหนด
• ระยะการสื่อสารไกลมาก อาจจะได้ถึง 10Km จากตัวอุปกรณ์ถึง Cell site ที่ใกล้ที่สุด

ก็ให้นึกถึงภาพ Wireless sensor ที่เราจะใช้งานสามารถต่อไปที่เครือข่ายได้คล้ายๆ กับ 3G, 4G/LTE ส่งข้อมูลได้ช้าลง แต่แบตเตอรี่อยู่ได้นานขึ้นมากก ระยะในการส่งข้อมูลไกลมากๆ

เบื้องต้นสำหรับ IoT Protocol ที่สำคัญๆ ก็อยู่ในบทความนี้แล้วครับ
สำหรับเนื้อหา reference ได้ไอเดียมาจากบล็อกนึงของ rs component คือ

https://www.rs-online.com/designspark/eleven-internet-of-things-iot-protocols-you-need-to-know-about

สำหรับ IoT protocol ยังมีอีกมากมาย แต่ตัวที่ผู้เขียนนำมาอธิบายให้รู้จักเบื้องต้นก็น่าจะเพียงพอสำหรับตัวเลือกในปัจจุบันแล้ว เพราะแต่ละตัวก็มีจุดเด่นจุดด้อยต่างกัน สิ่งสำคัญคือการเลือกใช้ให้เหมาะกับงานมากกว่า