Teknologi dan protokol IoT
Memulai dunia dan teknologi IoT. Panduan ini akan memberikan dasar yang kuat dalam protokol dan teknologi IoT guna membantu Anda membuat pilihan yang tepat untuk proyek Anda.
Panduan untuk teknologi dan protokol IoT
Internet of Things adalah konvergensi dari sistem tersemat, jaringan sensor nirkabel, sistem kontrol, dan otomatisasi yang memungkinkan terwujudnya pabrik manufaktur industri terhubung, retail cerdas, layanan kesehatan generasi berikutnya, rumah dan kota cerdas, dan perangkat yang dapat dikenakan. Teknologi IoT memberdayakan Anda untuk mengubah bisnis dengan wawasan berbasis data, proses operasional yang ditingkatkan, lini bisnis baru, dan penggunaan materi yang lebih efisien.
Teknologi IoT terus berkembang, dengan penyedia layanan yang tak terhitung jumlahnya, berbagai platform, dan jutaan perangkat baru yang bermunculan setiap tahun, membuat pengembang harus memutuskan banyak hal sebelum memasuki ekosistem IoT.
Panduan ini dirancang untuk membantu Anda memahami persyaratan protokol, daya, dan konektivitas IoT umum. Jika Anda mencari pengantar yang lebih mendasar tentang teknologi IoT, lihat Apa itu IoT? dan panduan web keamanan cyber IoT .
Ekosistem teknologi IoT
Ekosistem teknologi IoT terdiri dari lapisan berikut: perangkat, data, konektivitas, dan pengguna teknologi.
Lapisan perangkat
Kombinasi dari sensor, aktuator, perangkat keras, perangkat lunak, konektivitas, dan gateway yang membentuk perangkat yang tersambung dan berinteraksi dengan jaringan.
Lapisan data
Data yang dikumpulkan, diproses, dikirim, disimpan, dianalisis, disajikan, dan digunakan dalam konteks bisnis.
Lapisan bisnis
Fungsi bisnis teknologi IoT, termasuk manajemen penagihan dan marketplace data.
Lapisan pengguna
Orang-orang yang berinteraksi dengan perangkat dan teknologi IoT.
Pelajari selengkapnya tentang cara menyambungkan perangkat dengan benar saat Anda membangun dengan Azure IoT Hub.
Tumpukan teknologi IoT bagian 1:
Perangkat IoT
Perangkat IoT sangat bervariasi, tetapi cenderung berbagi konsep dan kosakata umum ini. Anda juga dapat mempelajari lebih lanjut tentang jenis perangkat yang memanfaatkan teknologi IoT dalam katalog perangkat IoT.
Aktuator
Aktuator melakukan tindakan fisik saat pusat kontrolnya memberikan instruksi, biasanya sebagai respons terhadap perubahan yang diidentifikasi oleh sensor. Aktuator adalah sejenis transduser.
Sistem tersemat
Sistem tersemat adalah sistem berbasis mikroprosesor atau berbasis mikro-pengontrol yang mengelola fungsi tertentu dalam sistem yang lebih besar. Sistem tersebut mencakup komponen perangkat keras dan perangkat lunak seperti Azure RTOS.
Perangkat cerdas
Perangkat yang memiliki kemampuan komputasi. Perangkat tersebut sering kali menyertakan mikro-pengontrol dan dapat menggunakan layanan seperti Azure IoT Edge untuk menyebarkan beban kerja tertentu dengan sebaik mungkin di seluruh perangkat.
Unit mikro-pengontrol (MCU)
Komputer kecil ini disematkan pada microchip dan berisi CPU, RAM, dan ROM. Meskipun berisi elemen yang diperlukan untuk menjalankan tugas sederhana, mikro-pengontrol lebih terbatas dayanya daripada mikroprosesor.
Unit mikroprosesor (MPU)
MPU menjalankan fungsi CPU pada satu atau beberapa sirkuit terpadu. Meskipun mikroprosesor memerlukan periferal untuk menyelesaikan tugas, mikroprosesor sangat mengurangi biaya pemrosesan karena hanya berisi CPU.
Perangkat nonkomputasi
Perangkat yang hanya menyambungkan dan mengirimkan data serta tidak memiliki kemampuan komputasi.
Transduser
Secara umum, transduser adalah perangkat yang mengonversi satu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya. Di perangkat IoT, hal ini mencakup sensor dan aktuator internal yang mengirimkan data saat perangkat terlibat dengan lingkungannya.
Sensor
Sensor mendeteksi perubahan di lingkungannya dan membuat impuls listrik untuk berkomunikasi. Sensor biasanya mendeteksi perubahan lingkungan seperti perubahan suhu, bahan kimia, serta posisi fisik dan merupakan sejenis transduser.
Tumpukan teknologi IoT bagian 2:
Protokol dan konektivitas IoT
Menyambungkan perangkat IoT
Aspek utama dari perencanaan proyek teknologi IoT adalah menentukan protokol IoT perangkat—dengan kata lain, cara perangkat terhubung dan berkomunikasi. Dalam tumpukan teknologi IoT, perangkat tersambung melalui gateway atau fungsionalitas bawaan.
Apa itu gateway IoT?
Gateway adalah bagian dari teknologi IoT yang dapat digunakan untuk membantu menyambungkan perangkat IoT ke cloud. Meskipun tidak semua perangkat IoT memerlukan gateway, perangkat tersebut dapat digunakan untuk membuat komunikasi perangkat ke perangkat atau menyambungkan perangkat yang tidak berbasis IP dan tidak dapat tersambung ke cloud secara langsung. Data yang dikumpulkan dari perangkat IoT berpindah melalui gateway, diproses sebelumnya di edge, lalu dikirim ke cloud.
Menggunakan gateway IoT dapat menurunkan latensi dan mengurangi ukuran transmisi. Memiliki gateway sebagai bagian dari protokol IoT juga memungkinkan Anda menyambungkan perangkat tanpa akses internet langsung dan memberikan lapisan keamanan tambahan dengan melindungi data yang bergerak di kedua arah.
Bagaimana cara menyambungkan perangkat IoT ke jaringan?
Tipe konektivitas yang Anda gunakan sebagai bagian dari protokol IoT tergantung pada perangkat, fungsinya, dan penggunanya. Biasanya, jarak yang harus dilalui data—baik jangkauan pendek maupun jangkauan jauh—menentukan jenis konektivitas IoT yang diperlukan.
Jenis jaringan IoT
Jaringan dengan daya rendah dan jangkauan pendek
Jaringan dengan daya rendah dan jangkauan pendek sangat cocok untuk rumah, kantor, dan lingkungan kecil lainnya. Jaringan tersebut cenderung hanya membutuhkan baterai kecil dan biaya pengoperasiannya biasanya tidak mahal.
Contoh umum:
Bluetooth
Cocok untuk transfer data berkecepatan tinggi, Bluetooth mengirimkan sinyal suara dan data hingga 10 meter.
NFC
Seperangkat protokol komunikasi untuk komunikasi antara dua perangkat elektronik dengan jarak 4 cm (1 ⁄2 inci) atau kurang. NFC menawarkan koneksi berkecepatan rendah dengan penyiapan sederhana yang dapat digunakan untuk mem-bootstrap koneksi nirkabel yang lebih efektif.
Wi-Fi/802.11
Rendahnya biaya pengoperasian Wi-Fi menjadikannya standar di seluruh rumah dan kantor. Namun, hal ini mungkin bukan pilihan yang tepat untuk semua skenario karena jangkauannya yang terbatas dan konsumsi energinya sepanjang waktu.
Z-Wave
Jaringan mesh menggunakan gelombang radio berenergi rendah untuk berkomunikasi dari appliance ke appliance.
Zigbee
Spesifikasi berbasis IEEE 802.15.4 untuk rangkaian protokol komunikasi tingkat tinggi yang digunakan untuk membuat jaringan area pribadi dengan radio digital kecil berdaya rendah.
Jaringan dengan daya rendah dan area lebar (LPWAN)
LPWAN memungkinkan komunikasi dengan jangkauan minimal 500 meter, memerlukan daya minimal, dan digunakan untuk sebagian besar perangkat IoT. Contoh umum LPWAN antara lain:
IoT 4G LTE
Kapasitas tinggi dan latensi rendah, jaringan ini merupakan pilihan tepat untuk skenario IoT yang memerlukan informasi atau pembaruan real time.
IoT 5G
Meski belum tersedia, jaringan IoT 5G diharapkan dapat memungkinkan inovasi lebih lanjut dalam IoT dengan menyediakan kecepatan unduhan dan konektivitas yang jauh lebih cepat ke lebih banyak perangkat di area tertentu.
Cat-0
Jaringan berbasis LTE ini adalah opsi biaya terendah. Jaringan ini meletakkan dasar untuk Cat-M, teknologi yang akan menggantikan 2G.
Cat-1
Standar untuk IoT seluler ini akan menggantikan 3G. Jaringan Cat-1 mudah disiapkan dan menawarkan solusi yang tepat untuk aplikasi yang memerlukan antarmuka suara atau browser.
LoRaWAN
Jaringan dengan area lebar dan jangkauan jauh (LoRaWAN) menyambungkan perangkat seluler aman dua arah yang dioperasikan dengan baterai.
LTE Cat-M1
Jaringan ini kompatibel sepenuhnya dengan jaringan LTE. Jaringan ini mengoptimalkan biaya dan daya dalam chip LTE generasi kedua yang dirancang khusus untuk aplikasi IoT.
Narrowband atau NB-IoT/Cat-M2
NB-IoT/Cat-M2 menggunakan modulasi direct-sequence spread spectrum (DSSS) untuk mengirim data langsung ke server, menghapus kebutuhan gateway. Meskipun penyiapan jaringan NB-IoT lebih mahal, eksekusinya lebih murah karena tidak memerlukan gateway.
Sigfox
Penyedia jaringan IoT global ini menawarkan jaringan nirkabel untuk menyambungkan objek berdaya rendah yang memancarkan data berkelanjutan.
Protokol IoT: Cara perangkat IoT berkomunikasi dengan jaringan
Perangkat IoT berkomunikasi menggunakan protokol IoT. Protokol internet (IP) adalah seperangkat aturan yang menentukan cara data dikirim ke internet. Protokol IoT memastikan bahwa informasi dari satu perangkat atau sensor dibaca dan dipahami oleh perangkat lain, gateway, layanan. Berbagai protokol IoT telah dirancang dan dioptimalkan untuk berbagai skenario dan penggunaan. Mengingat beragam perangkat IoT yang tersedia, penggunaan protokol yang tepat dalam konteks yang tepat sangatlah penting.
Protokol IoT apa yang tepat untuk saya?
Jenis protokol IoT yang Anda perlukan bergantung pada lapisan arsitektur sistem yang akan dilalui data. Model Interkoneksi Sistem Terbuka (OSI) menyediakan peta berbagai lapisan yang mengirim dan menerima data. Setiap protokol IoT dalam arsitektur sistem IoT memungkinkan komunikasi perangkat ke perangkat, perangkat ke gateway, gateway ke pusat data, atau gateway ke cloud, serta komunikasi antar pusat data.
Lapisan aplikasi
Lapisan aplikasi berfungsi sebagai antarmuka antara pengguna dan perangkat dalam protokol IoT tertentu.
Protokol Message Queuing Tingkat Lanjut (AMQP)
Lapisan perangkat lunak yang menciptakan interoperabilitas di antara middleware olahpesan. Hal ini membantu berbagai sistem dan aplikasi bekerja sama, menciptakan olahpesan terstandar pada skala industri.
Protokol Aplikasi Terbatas (CoAP)
Protokol bandwidth terbatas dan jaringan terbatas yang dirancang bagi perangkat dengan kapasitas terbatas untuk tersambung dalam komunikasi mesin ke mesin. CoAP juga merupakan protokol transfer dokumen yang berjalan melalui Protokol Datagram Pengguna (UDP).
Layanan Distribusi Data (DDS)
Protokol komunikasi peer-to-peer serbaguna yang melakukan semua hal, mulai dari menjalankan perangkat kecil hingga menyambungkan jaringan performa tinggi. DDS menyederhanakan penyebaran, meningkatkan keandalan, dan mengurangi kompleksitas.
Transportasi Telemetri Antrean Pesan (MQTT)
Protokol olahpesan yang dirancang untuk komunikasi mesin-ke-mesin ringan dan terutama digunakan untuk koneksi bandwidth rendah ke lokasi terpencil. MQTT menggunakan pola penerbit-pelanggan dan ideal untuk perangkat kecil yang memerlukan bandwidth dan penggunaan baterai yang efisien.
Lapisan transportasi
Dalam protokol IoT, lapisan transportasi memungkinkan dan melindungi komunikasi data saat data berpindah antar lapisan.
Protokol Kendali Transmisi (TCP)
Protokol dominan untuk sebagian besar konektivitas internet. Protokol ini menawarkan komunikasi host ke host, memecah kumpulan data yang besar menjadi paket individual, serta mengirim ulang dan menyusun ulang paket sesuai kebutuhan.
Protokol Datagram Pengguna (UDP)
Protokol komunikasi yang memungkinkan komunikasi proses ke proses dan berjalan di atas IP. UDP meningkatkan tingkat transfer data melalui TCP dan paling sesuai dengan aplikasi yang memerlukan transmisi data lossless.
Lapisan jaringan
Lapisan jaringan protokol IoT membantu setiap perangkat berkomunikasi dengan perute.
IP
Banyak protokol IoT menggunakan IPv4, sementara eksekusi yang lebih baru menggunakan IPv6. Pembaruan terkini untuk IP ini merutekan lalu lintas di internet dan mengidentifikasi serta menemukan perangkat di jaringan.
6LoWPAN
Protokol IoT ini paling cocok untuk perangkat berdaya rendah yang memiliki kemampuan pemrosesan terbatas.
Lapisan link data
Lapisan data adalah bagian dari protokol IoT yang mentransfer data dalam arsitektur sistem, mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan yang ditemukan di lapisan fisik.
IEEE 802.15.4
Standar radio untuk koneksi nirkabel berdaya rendah. Protokol ini digunakan dengan Zigbee, 6LoWPAN, dan standar lainnya untuk membangun jaringan tersemat nirkabel.
LPWAN
Jaringan dengan daya rendah dan area lebar (LPWAN) memungkinkan komunikasi dengan jangkauan 500 meter hingga lebih dari 10 kilometer di beberapa tempat. LoRaWAN adalah contoh LPWAN yang dioptimalkan untuk konsumsi daya rendah.
Lapisan fisik
Lapisan fisik adalah saluran komunikasi antar perangkat dalam lingkungan tertentu.
Bluetooth Hemat Energi (BLE)
BLE mengurangi konsumsi daya dan biaya secara signifikan serta mempertahankan jangkauan konektivitas yang sama dengan Bluetooth klasik. BLE berfungsi secara native di seluruh sistem operasi seluler dan dengan cepat menjadi favorit untuk elektronik konsumen karena biayanya yang rendah dan masa pakai baterai yang lama.
Ethernet
Koneksi berkabel ini adalah opsi yang lebih murah yang menyediakan koneksi data cepat dan latensi rendah.
Evolusi jangka panjang (LTE)
Standar komunikasi broadband nirkabel untuk perangkat seluler dan terminal data. LTE meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan nirkabel serta mendukung aliran multicast dan broadcast.
Komunikasi medan dekat (NFC)
Seperangkat protokol komunikasi yang menggunakan medan elektromagnetik yang memungkinkan dua perangkat saling berkomunikasi dari jarak empat sentimeter. Perangkat dengan dukungan NFC berfungsi sebagai kartu kunci identitas dan biasanya digunakan untuk pembayaran seluler, penjualan tiket, dan kartu pintar nirkontak.
Komunikasi Saluran Listrik (PLC)
Teknologi komunikasi yang memungkinkan pengiriman dan penerimaan data melalui kabel listrik yang ada. Hal ini memungkinkan Anda untuk menyalakan dan mengontrol perangkat IoT melalui kabel yang sama.
Identifikasi frekuensi radio (RFID)
RFID menggunakan medan elektromagnetik untuk melacak tag elektronik yang tidak berdaya. Perangkat keras yang kompatibel memasok daya dan berkomunikasi dengan tag ini, membaca informasinya untuk identifikasi dan autentikasi.
Wi-Fi/802.11
Wi-Fi/802.11 adalah standar di rumah dan kantor. Meskipun tidak mahal, opsi ini mungkin tidak sesuai dengan semua skenario karena jangkauannya yang terbatas dan konsumsi energinya sepanjang waktu.
Z-Wave
Jaringan mesh menggunakan gelombang radio berenergi rendah untuk berkomunikasi dari appliance ke appliance.
Zigbee
Spesifikasi berbasis IEEE 802.15.4 untuk rangkaian protokol komunikasi tingkat tinggi yang digunakan untuk membuat jaringan area pribadi dengan radio digital kecil berdaya rendah.
Tumpukan teknologi IoT bagian 3:
Platform IoT
Platform IoT memudahkan Anda membangun dan meluncurkan proyek IoT dengan menyediakan satu layanan yang mengelola penyebaran, perangkat, dan data Anda. Platform IoT mengelola protokol perangkat keras dan perangkat lunak, menawarkan keamanan dan autentikasi, serta menyediakan antarmuka pengguna.
Definisi yang tepat untuk platform IoT bervariasi karena lebih dari 400 penyedia layanan menawarkan fitur mulai dari perangkat lunak dan perangkat keras hingga SDK dan API. Namun, sebagian besar platform IoT menyertakan:
- Gateway cloud IoT
- Autentikasi, manajemen perangkat, dan API
- Infrastruktur cloud
- Integrasi aplikasi pihak ketiga
Layanan terkelola
Layanan terkelola IoT membantu bisnis beroperasi secara proaktif dan mempertahankan ekosistem IoT mereka. Berbagai layanan terkelola IoT, seperti Azure IoT Hub, tersedia untuk membantu menyederhanakan dan mendukung proses pembuatan, penyebaran, pengelolaan, dan pemantauan proyek IoT Anda.
Aplikasi IoT teknologi saat ini
AI dan IoT
Sistem IoT mengumpulkan data dalam jumlah yang sangat besar sehingga sering kali perlu menggunakan AI dan pembelajaran mesin untuk mengurutkan dan menganalisis data tersebut agar Anda dapat mendeteksi pola dan mengambil tindakan berdasarkan wawasan. Misalnya, AI dapat menganalisis data yang dikumpulkan dari peralatan manufaktur dan memprediksi kebutuhan pemeliharaan. Hal ini mengurangi biaya dan waktu henti akibat kerusakan yang tak terduga.
Blockchain dan IoT
Saat ini, tidak ada cara untuk mengonfirmasi bahwa data dari IoT belum dimanipulasi sebelum dijual atau dibagikan. Blockchain dan IoT bekerja sama untuk memecah silo data dan menumbuhkan kepercayaan sehingga data dapat diverifikasi, dilacak, dan diandalkan.
Kubernetes dan IoT
Dengan model penyebaran tanpa waktu henti, Kubernetes membantu proyek IoT tetap diperbarui secara real time tanpa memengaruhi pengguna. Kubernetes melakukan penskalaan dengan mudah dan efisien menggunakan sumber daya cloud, menyediakan platform umum untuk penyebaran ke edge.
Sumber terbuka dan IoT
Teknologi sumber terbuka mempercepat IoT, memungkinkan pengembang menggunakan alat pilihan mereka pada aplikasi teknologi IoT.
Komputasi kuantum dan IoT
Jumlah data signifikan yang dihasilkan oleh IoT secara alami sesuai dengan kemampuan komputasi kuantum untuk mempercepat komputasi yang berat. Selain itu, kriptografi kuantum membantu menambah tingkat keamanan yang diperlukan, tetapi saat ini terhalang oleh rendahnya daya komputasi yang melekat pada sebagian besar perangkat IoT.
Tanpa Server dan IoT
Komputasi tanpa server memungkinkan pengembang membuat aplikasi lebih cepat dengan menghilangkan kebutuhan pengelolaan infrastruktur. Dengan aplikasi tanpa server, penyedia cloud secara otomatis menyediakan, menskalakan, dan mengelola infrastruktur yang diperlukan untuk menjalankan kode. Dengan lalu lintas variabel proyek IoT, tanpa server menyediakan cara yang hemat biaya untuk menskalakan secara dinamis.
Realitas virtual dan IoT
Dengan digunakan bersama, realitas virtual dan IoT dapat membantu Anda memvisualisasikan sistem yang kompleks dan membuat keputusan secara real time. Misalnya, dengan menggunakan bentuk realitas virtual yang disebut realitas tertambah (juga dikenal sebagai mixed reality), Anda dapat menampilkan data IoT penting sebagai grafik di atas objek dunia nyata (seperti perangkat IoT) atau ruang kerja. Kombinasi realitas virtual dan IoT ini telah menginspirasi kemajuan teknologi dalam industri seperti layanan kesehatan, layanan lapangan, transportasi, dan manufaktur.
Digital Twins dan IoT
Menguji sistem Anda sebelum eksekusi dapat menjadi tindakan penghematan biaya dan waktu yang dramatis. Digital Twins mengambil data dari beberapa perangkat IoT dan mengintegrasikannya dengan data dari sumber lain untuk menawarkan visualisasi tentang bagaimana sistem akan berinteraksi dengan perangkat, orang, dan ruang.
Data dan analitik IoT
Teknologi IoT menghasilkan data dengan volume yang sangat tinggi sehingga diperlukan proses dan alat khusus untuk mengubah data menjadi wawasan yang dapat ditindaklanjuti. Aplikasi dan tantangan teknologi IoT umum:
Aplikasi: Pemeliharaan prediktif
Model pembelajaran mesin IoT yang dirancang dan dilatih untuk mengidentifikasi sinyal dalam data riwayat dapat digunakan untuk mengidentifikasi tren yang sama dalam data saat ini. Hal ini memungkinkan pengguna mengotomatiskan permintaan layanan pencegahan dan memesan bagian baru sebelumnya sehingga selalu tersedia saat dibutuhkan.
Aplikasi: Keputusan real time
Berbagai layanan analitik IoT telah tersedia, dirancang untuk pelaporan real time end-to-end, termasuk:
- Penyimpanan data volume tinggi menggunakan format yang dapat dikueri alat analitik.
- Pemrosesan aliran data volume tinggi untuk memfilter dan mengagregasi data sebelum analisis dilakukan.
- Solusi analisis latensi rendah menggunakan alat analitik real time yang melaporkan dan memvisualisasikan data.
- Penerimaan data real time menggunakan perantara pesan.
Tantangan: Penyimpanan data
Makin besar data yang dikumpulkan, makin besar pula penyimpanan data yang dibutuhkan. Beberapa layanan penyimpanan data telah tersedia, dengan berbagai kemampuan seperti struktur organisasi, protokol autentikasi, dan batas ukuran.
Tantangan: Pemrosesan data
Volume data yang dikumpulkan melalui IoT memberikan tantangan untuk membersihkan, memproses, dan menafsirkan dengan cepat. Komputasi edge mengatasi tantangan ini dengan mengalihkan sebagian besar pemrosesan data dari sistem terpusat ke edge jaringan, lebih dekat dengan perangkat yang memerlukan data. Namun, desentralisasi pemrosesan data memunculkan tantangan baru, termasuk keandalan dan skalabilitas perangkat edge dan keamanan data dalam transit.
Keamanan, keselamatan, dan privasi IoT
Keamanan dan privasi IoT adalah pertimbangan penting dalam setiap proyek IoT. Meskipun teknologi IoT dapat mentransformasi operasi bisnis Anda, perangkat IoT dapat menimbulkan ancaman jika tidak diamankan dengan benar. Ancaman cyber dapat membahayakan data, merusak peralatan, dan bahkan menimbulkan bahaya.
Keamanan cyber IoT yang kuat, seperti Azure Sphere, menjangkau lebih dari sekadar langkah-langkah kerahasiaan standar untuk menyertakan pemodelan ancaman. Memahami berbagai cara penyerang dapat membahayakan sistem Anda adalah langkah pertama untuk mencegah serangan.
Saat merencanakan dan mengembangkan sistem keamanan IoT, penting untuk memilih solusi yang tepat untuk setiap langkah platform dan sistem Anda, mulai dari OT hingga TI. Solusi perangkat lunak seperti Azure Defender, memberi Anda perlindungan yang diperlukan di seluruh sistem tertentu.
Sumber daya untuk memulai
Internet of Things Show
Dapatkan informasi terbaru dengan pengumuman Microsoft IoT terbaru, demo produk dan fitur, sorotan pelanggan dan mitra, pembicaraan industri teratas, dan pendalaman teknis.