IoT-technologieën en-protocollen

Ga aan de slag in de wereld van IoT. Deze handleiding geeft u uitstekende basisinformatie over IoT-technologieën en -protocollen zodat u de juiste keuzes kunt maken voor uw project.

Een handleiding over IoT-technologieën en-protocollen

Het Internet of Things is een convergentie van ingesloten systemen, draadloze sensornetwerken, besturingssystemen en automatisering die verbonden fabrieken, intelligente detailhandel, slimme huizen en steden en draagbare apparaten mogelijk maakt. IoT-technologieën bieden u de mogelijkheid om uw bedrijf te transformeren met behulp van gegevensgestuurde inzichten, verbeterde operationele processen, nieuwe bedrijfstakken en efficiënter gebruik van materialen.

IoT-technologieën worden steeds uitgebreider, met vele serviceproviders, een verscheidenheid aan platformen en miljoenen nieuwe apparaten die elk jaar op de markt worden gebracht. Hierdoor moeten ontwikkelaars vele beslissingen nemen voordat ze aan de slag kunnen met het IoT-ecosysteem. Deze handleiding is ontworpen om u te helpen inzicht te krijgen in algemene IoT-protocollen en de vermogens- en connectiviteitsvereisten.

IoT-technologie-ecosysteem

Het IoT-technologie-ecosysteem bestaat uit de volgende lagen: apparaten, gegevens, connectiviteit en technologiegebruikers.

Apparaatlaag

De combinatie van sensoren, actuators, hardware, software, connectiviteit en gateways die een apparaat vormen dat met een netwerk is verbonden en ermee communiceert.

Gegevenslaag

De gegevens die worden verzameld, verwerkt, verzonden, opgeslagen, geanalyseerd, gepresenteerd en gebruikt in zakelijke contexten.

Zakelijke laag

De zakelijke inzetbaarheid van IoT-technologie, voor bijvoorbeeld het beheer van facturering en gegevensmarketplaces.

Gebruikerslaag

De onderdelen waardoor mensen kunnen communiceren met IoT-apparaten.

De IoT-technologiestack, deel 1:
IoT-apparaten

IoT-apparaten

Hier volgen enkele algemene termen met betrekking tot apparaten in de IoT-technologiestack:

Ingesloten systemen

Bestaan uit zowel hardware als software en dienen voor het beheer van een specifieke functie in een groter systeem. Ingesloten systemen worden op een microprocessor of microcontroller gebaseerd.

Intelligente apparaten

Deze apparaten hebben de mogelijkheid om rekentaken uit te voeren en bevatten vaak een microcontroller.

Microcontrollereenheid (MCU)

Deze kleine computers zijn ingebouwd in microchips en bevatten CPU's, RAM en ROM. Hoewel ze de elementen bevatten die nodig zijn voor het uitvoeren van eenvoudige taken, zijn microcontrollers meer beperkt in vermogen dan microprocessors.

Microprocessoreenheid (MPU)

Bevatten de functies van CPU's in één of meerdere ingebouwde circuits. Hoewel er bij microprocessors randapparatuur nodig is om een taak te kunnen voltooien, helpen ze de verwerkingskosten in grote mate te verlagen omdat ze slechts één CPU bevatten.

Niet-rekenapparaten

Deze apparaten maken alleen verbinding en verzenden gegevens. Ze kunnen zelf geen rekentaken uitvoeren.

Transductors

Fysieke apparaten die een vorm van energie omzetten in een andere. In IoT-apparaten zijn dit de interne sensoren en actuators die gegevens verzenden wanneer objecten reageren op hun omgeving.

  • Actuators

    Neem fysieke acties op wanneer het controlecentrum instructies geeft, meestal op basis van wijzigingen die zijn geïdentificeerd door sensoren.

  • Sensoren

    Detecteren veranderingen in hun omgeving en creëren elektrische pulsen om te communiceren. Sensoren detecteren doorgaans veranderingen in de omgeving, zoals in de temperatuur, in chemicaliën en in fysieke positie.

De IoT-technologiestack, deel 2:
IoT-protocollen en connectiviteit

Wanneer u een IoT-project plant, is het belangrijk om na te denken over hoe het apparaat verbinding gaat maken en hoe het gaat communiceren. Op basis hiervan wordt bepaald welke IoT-protocollen moeten worden toegepast.

IoT-apparaten verbinden

In de IoT-technologiestack maken apparaten verbinding via gateways of ingebouwde functionaliteit.

Wat zijn IoT-gateways?

Met gateways worden IoT-apparaten verbonden met de cloud. Gegevens die worden verzameld door IoT-apparaten worden verplaatst via een gateway, worden vooraf verwerkt bij de Edge en worden dan naar de cloud verzonden.

Door het gebruik van IoT-gateways gaan accu's langer mee, wordt de latentie kleiner en hoeven er minder grote volumes te worden verzonden. Met gateways kunt u ook apparaten verbinden zonder rechtstreekse toegang tot internet en een extra beveiligingslaag bieden door gegevens te beschermen die in beide richtingen worden verplaatst.

Hoe kan ik IoT-apparaten verbinden met het netwerk?

Het type connectiviteit dat u nodig hebt, is afhankelijk van het apparaat, diens functie en diens gebruikers. Normaal gesproken is de afstand die de gegevens moeten afleggen (weinig of veel) bepalend voor het type IoT-connectiviteit dat is vereist.

Typen IoT-netwerken

Netwerken met een laag energieverbruik en een klein bereik

Deze netwerken zijn uitstekend geschikt voor woningen, kantoren en andere kleine omgevingen. Ze zijn geschikt voor kleine accu's (en in sommige gevallen zelfs installaties zonder accu) en zijn vaak goedkoop in het gebruik.

Algemene voorbeelden zijn:

Bluetooth

Goed voor gegevensoverdracht op hoge snelheid. Bluetooth verstuurt zowel spraak- als gegevenssignalen op een afstand van tot wel 10 meter.

Wi-Fi/802.11

Dankzij de lage kosten voor het gebruik van Wi-Fi, wordt Wi-Fi veel gebruikt bij mensen thuis en op kantoor. Het is echter mogelijk niet de juiste keuze voor alle scenario's vanwege het beperkte bereik en het doorlopende energieverbruik.

Z-Wave

Een meshnetwerk voor huishoudelijke apparaten zodat deze kunnen communiceren met behulp van radiogolven met een laag energieverbruik. Z-Wave biedt interoperabiliteit op de toepassingslaag, tussen systemen voor huisautomatisering.

Zigbee

Een veel gebruikte keuze voor huisautomatisering en medische apparaten. Zigbee is uitstekend geschikt voor Personal Area Networks met kleine apparaten die dicht bij elkaar in de buurt staan, met een lage bandbreedte en een laag energieverbruik.

Low-Power, Wide-Area Networks (LPWAN)

Maakt communicatie over minimaal 500 meter mogelijk, vereist minimale energie en wordt gebruikt voor het overgrote deel van de IoT-apparaten. U kunt bijvoorbeeld LoRaWAN's (Long-Range Wide-Area Networks) aansluiten op mobiele, beveiligde, bi-directionele apparaten met batterijen.

Algemene voorbeelden zijn:

4G LTE IoT

Biedt een hoge capaciteit en lage latentie, waardoor deze netwerken een uitstekende keuze zijn voor IoT-scenario's waarbij in realtime bijgewerkte informatie of updates zijn vereist.

5G IoT

Hoewel de 5G IoT-netwerken nog niet beschikbaar zijn, wordt verwacht dat er verdere innovaties in IoT door mogelijk worden, omdat de downloadsnelheden hoger worden en er connectiviteit mogelijk wordt met veel meer apparaten in een bepaalde regio.

Cat-0

Deze LTE-netwerken zijn de goedkoopste optie. Ze vormen de basis voor Cat-M, een technologie die 2G gaat vervangen.

Cat-1

Deze standaard voor mobiele IoT gaat uiteindelijk 3G vervangen. Cat-1-netwerken zijn eenvoudig in te stellen en bieden een fantastische oplossing voor toepassingen die een spraak- of browserinterface vereisen.

LTE Cat-M1

Deze netwerken zijn volledig compatibel met LTE-netwerken. Ze optimaliseren kosten en vermogen in een tweede generatie LTE-chips die speciaal is ontworpen voor IoT-toepassingen.

Narrowband

Deze radiotechnologiestandaard werkt op een subset van de LTE-standaard. Hij is gericht op dekking binnenshuis en biedt lage kosten en een batterij met een lange levensduur.

NB-IoT/Cat-M2

Maakt gebruik van een DSSS-modulatie (Direct Sequence Spread) om gegevens rechtstreeks naar de server te verzenden, waardoor er geen gateway nodig is. Hoewel het duurder is om NB-IoT-netwerken in te stellen, zijn ze minder kostbaar in het gebruik omdat er geen gateway nodig is.

Sigfox

Deze toonaangevende globale IoT-netwerkprovider biedt draadloze netwerken om verbinding te maken met objecten met een laag energieverbruik die doorlopend gegevens verzenden.

IoT-protocollen: Hoe IoT-apparaten communiceren met het netwerk

IoT-apparaten communiceren met IoT-protocollen. IP (Internet Protocol) is een set regels op basis waarvan wordt bepaald hoe gegevens worden verzonden naar internet. IoT-protocollen zorgen ervoor dat de informatie van één apparaat of sensor wordt gelezen en begrepen door een andere. Gezien het grote aantal verschillende beschikbare IoT-apparaten, is het belangrijk dat u het juiste protocol gebruikt in de juiste context.

Welk IoT-protocol moet ik kiezen?

Welk type IoT-protocol u gebruikt, is afhankelijk van de systeemarchitectuurlaag waar uw gegevens naartoe moeten worden verplaatst. Het OSI-model (Open Systems Interconnection) bevat een kaart van de verschillende lagen die gegevens verzenden en ontvangen. Elk protocol in de IoT-systeemarchitectuur maakt apparaat-naar-apparaat-, apparaat-naar-gateway-, gateway-naar-datacentrum- en gateway-naar-cloudcommunicatie mogelijk, evenals communicatie tussen datacentra.

Toepassingslaag

De toepassingslaag fungeert als de interface tussen de gebruiker en het apparaat.

Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)

Een softwarelaag die interoperabiliteit mogelijk maakt tussen middleware-apparaten die berichten verzenden. Helpt diverse systemen en toepassingen samen te werken en standaardberichten te maken op een industriële schaal.

Beperkt toepassingsprotocol (CoAP)

Een protocol voor een beperkte bandbreedte en een beperkt netwerk, speciaal voor apparaten met een beperkt vermogen om verbinding te maken voor apparaat-naar-apparaatcommunicatie. CoAP is ook een protocol voor documentoverdracht dat wordt uitgevoerd via UDP (User Datagram Protocol).

Data Distribution Service (DDS)

Een veelzijdig peer-to-peer-communicatieprotocol dat alles doet: van het uitvoeren van kleine apparaten tot het verbinden met netwerken met hoge prestaties. DDS stroomlijnt de implementatie, verhoogt de betrouwbaarheid en vermindert de complexiteit.

Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

Een berichtenprotocol dat is ontworpen voor de communicatie tussen machines en dat voornamelijk wordt gebruikt voor verbindingen met een lage bandbreedte, naar afgelegen locaties. Bij MQTT wordt gebruikgemaakt van een uitgever-abonneepatroon. Dit is ideaal voor kleine apparaten die een efficiënte bandbreedte en een efficiënt accugebruik vereisen.

Transportlaag

De transportlaag maakt de communicatie van gegevens die worden verzonden tussen lagen, mogelijk, en beveiligt de gegevens ook.

Transmission Control Protocol (TCP)

Het belangrijkste protocol voor het overgrote deel van alle internetconnectiviteit. Biedt host-naar-hostcommunicatie, waarbij grote gegevenssets worden opgedeeld in afzonderlijke pakketten. De pakketten worden daarna naar behoefte opnieuw verzonden en samengesteld.

User Datagram Protocol (UDP)

Een communicatieprotocol dat proces-naar-procescommunicatie mogelijk maakt en bovenop IP wordt uitgevoerd. UDP verbetert de snelheid voor gegevensoverdracht via TCP en past het beste bij toepassingen die gegevensoverdracht zonder verlies vereisen.

Netwerklaag

De netwerklaag helpt afzonderlijke apparaten te communiceren met de router.

6LoWPAN

Een zuinigere versie van IPv6 die de verzendtijden reduceert.

IPv6

Met deze recente update van IP wordt verkeer via internet gerouteerd en worden apparaten in het netwerk geïdentificeerd en gevonden.

Gegevenskoppelingslaag

De gegevenslaag brengt gegevens over in de systeemarchitectuur, waarbij fouten worden geïdentificeerd en gecorrigeerd die in de fysieke laag zijn gevonden.

IEEE 802.15.4

Een radiostandaard voor draadloze verbindingen met een laag energieniveau. Wordt gebruikt in combinatie met ZigBee, 6LoWPAN en andere standaarden om draadloze, geïntegreerde netwerken te bouwen.

LPWAN

Met dit type netwerk is er communicatie over minimaal 500 meter mogelijk. Een LoRaWAN is een voorbeeld van een LPWAN dat is geoptimaliseerd voor weinig energieverbruik.

Fysieke laag

De fysieke laag brengt een communicatiekanaal tot stand, waardoor apparaten verbinding kunnen maken binnen een opgegeven omgeving.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Vermindert het energieverbruik en de kosten aanzienlijk en heeft een vergelijkbaar connectiviteitsbereik als klassieke Bluetooth. BLE werkt standaard in alle mobiele besturingssystemen en wordt snel een favoriet voor consumentenelektronica. Dit komt door de lage kosten en de lange levensduur van batterijen.

Ethernet

Deze bekabelde verbinding is een goedkopere optie die een snelle gegevensverbinding en een lage latentie biedt.

Long-Term Evolution (LTE)

Een standaard voor draadloze breedbandcommunicatie voor mobiele apparaten en gegevensterminals. LTE verhoogt de capaciteit en snelheid van draadloze netwerken en ondersteunt multicast- en broadcast-streams.

Near Field Communication (NFC)

Een set communicatieprotocollen waarbij gebruik wordt gemaakt van elektromagnetische velden waarmee twee apparaten kunnen communiceren als ze zich binnen vier centimeter van elkaar bevinden. NFC-apparaten functioneren als identiteitskeycards en worden meestal gebruikt voor contactloze mobiele betalingen, tickets en smart cards.

Radiofrequentie-identificatie (RFID)

Gebruikt elektromagnetische velden voor het bijhouden van elektronische tags die anders niet van stroom zouden worden voorzien. Compatibele hardware levert stroom en communiceert met deze tags. De gegevens worden gelezen voor identificatie en verificatie.

Wi-Fi/802.11

Een standaard voor alle huizen en kantoren. Hoewel dit een goedkope optie is, is dit mogelijk niet geschikt voor alle scenario's als gevolg van het beperkte bereik en het doorlopende energieverbruik.

De IoT-technologiestack, deel 3:
IoT-platformen

IoT-platformen maken het eenvoudig om uw IoT-projecten te bouwen en te starten door één service te bieden die uw implementatie, apparaten en gegevens beheert. IoT-platformen beheren hardware- en softwareprotocollen, bieden beveiliging en verificatie en bieden gebruikersinterfaces.

De exacte definitie van een IoT-platform kan per serviceprovider verschillen (en daar zijn er meer dan 400 van). De platformen bieden kenmerken die variëren van software en hardware tot SDK's en API's. De meeste IoT-platformen omvatten sowieso:

  • Een IoT-cloudgateway
  • Verificatie, apparaatbeheer en API's
  • Cloudinfrastructuur
  • Integraties van apps van derden

Beheerde services

Beheerde IoT-services helpen bedrijven hun IoT-ecosysteem proactief te beheren en onderhouden. Er zijn diverse beheerde IoT-services beschikbaar om het proces van het bouwen, implementeren, beheren en bewaken van uw IoT-project te stroomlijnen en te ondersteunen.

Hoe IoT is gekoppeld aan de huidige technologieën

Virtual reality en IoT

Door virtual reality en IoT te combineren, kunt u complexe systemen visueel in kaart brengen en in realtime beslissingen nemen. Als u bijvoorbeeld augmented reality (ook wel bekend als mixed reality) gebruikt, wordt er een visuele overlay van verzamelde gegevens gemaakt. U kunt deze op verschillende praktische manieren gebruiken, als u ook gebruikmaakt van IoT. Door de combinatie van virtual reality en IoT is er technologische vooruitgang mogelijk gemaakt in branches zoals de gezondheidszorg, services aan huis, transport en productie.

Kwantumcomputing en IoT

Er wordt een aanzienlijke hoeveelheid gegevens gegenereerd door IoT. Kwantumcomputing leent zich uitstekend voor de verwerking hiervan dankzij de uitgebreide rekentaken die snel kunnen worden uitgevoerd. Daarnaast voegt kwantumcryptografie een extra beveiligingsniveau toe. Dat is vereist, maar wordt momenteel belemmerd door de beperkte rekenkracht van de meeste IoT-apparaten.

Blockchain en IoT

Er is momenteel geen manier om te controleren of gegevens uit IoT zijn gemanipuleerd voordat ze worden verkocht of gedeeld. De blockchain en IoT werken samen om gegevenssilo's te verbreken en de vertrouwensrelatie te bevorderen, zodat gegevens kunnen worden gecontroleerd, getraceerd en vertrouwd.

Open source en IoT

Open source-technologieën versnellen de IoT-ontwikkeling. Ontwikkelaars kunnen de hulpmiddelen van hun keuze gebruiken voor IoT-technologietoepassingen.

Serverloos en IoT

Wegens het variabele verkeer van IoT-projecten, biedt een serverloze oplossing een voordelige manier om dynamisch te kunnen schalen, zonder dat hiervoor een infrastructuur hoeft te worden beheerd.

Kubernetes en IoT

Met een implementatiemodel zonder enige downtime helpt Kubernetes IoT-projecten in realtime bijgewerkt te houden zonder dat dit van invloed is op de gebruikers. Kubernetes is eenvoudig en efficiënt te schalen met behulp van cloudresources en biedt een algemeen platform voor implementatie bij de edge.

AI en IoT

IoT-systemen verzamelen zo veel gegevens dat er vaak AI en machine learning nodig zijn om gegevens te sorteren en analyseren; zo kunt u patronen detecteren en actie ondernemen op basis van inzichten. AI kan bijvoorbeeld gegevens analyseren die zijn verzameld door productie-apparatuur en de behoefte aan onderhoud voorspellen; dit leidt tot lagere kosten en minder downtime door onverwachte defecten.

IoT-gegevens en -analyses

IoT-technologieën produceren zo veel gegevens dat er gespecialiseerde processen en hulpprogramma's nodig zijn om de gegevens te kunnen omzetten in inzichten.

Algemeen gebruik van IoT-technologie:

Predictive maintenance

IoT-machine-learning-modellen die zijn ontworpen en getraind om signalen in historische gegevens te identificeren, kunnen worden gebruikt om trends te identificeren in actuele gegevens. Hierdoor kunnen gebruikers preventieve serviceaanvragen automatiseren en nieuwe onderdelen op tijd bestellen; zo zijn ze altijd beschikbaar zijn wanneer ze nodig zijn.

In realtime beslissingen nemen

IoT-architecturen voor effectieve realtime analyses worden geschaald voor hoge gegevensvolumes en een lage latentie. Er zijn diverse IoT-analyseservices beschikbaar, met onderdelen die zijn ontworpen om in realtime end-to-end-rapportage te bieden, waaronder:

  • Gegevensopslag met een hoog volume met behulp van indelingen die door analysehulpprogramma's kunnen worden opgevraagd.
  • Verwerking van grote gegevensstromen om gegevens te filteren en samen te voegen voordat de analyse wordt uitgevoerd.
  • Analyses uitvoeren met een lage latentie met behulp van in realtime werkende analysehulpprogramma's waarmee gegevens worden gerapporteerd en gevisualiseerd.
  • In realtime gegevens opnemen aan de hand van berichtenbrokers.

Algemene uitdagingen op het gebied van IoT-technologie:

Gegevensopslag

Als er veel gegevens worden verzameld, moeten er ook veel gegevens worden opgeslagen. Er zijn verschillende services voor gegevensopslag beschikbaar, met verschillende mogelijkheden, afhankelijk van de organisatiestructuren, verificatieprotocollen en groottelimieten.

Gegevensverwerking

Het volume gegevens dat via IoT wordt verzameld, geeft uitdagingen voor het opschonen, verwerken en interpreteren op snelheid. Edge-computing verhelpt deze uitdagingen door het overgrote deel van de gegevensverwerking van een gecentraliseerd systeem te verplaatsen naar de edge van het netwerk, dichter bij de apparaten die de gegevens nodig hebben. Het decentraliseren van de gegevensverwerking brengt echter nieuwe uitdagingen met zich mee, waaronder met betrekking tot de betrouwbaarheid en schaalbaarheid van edge-apparaten en de beveiliging van de gegevens die onderweg zijn.

IoT-beveiliging, -veiligheid en -privacy

IoT-beveiliging en -privacy zijn essentiële overwegingen in elk IoT-project. Hoewel IoT-technologieën uw bedrijfsactiviteiten kunnen transformeren, kunnen IoT-apparaten ook een bedreiging vormen als ze niet goed worden beveiligd. Cyberaanvallen kunnen een inbreuk betekenen op gegevens, kunnen apparatuur ruïneren en kunnen zelfs schade toebrengen.

Met een goede IoT-cyberbeveiliging gaat u verder dan de reguliere vertrouwelijkheidsmaatregelen. Er wordt bijvoorbeeld ook gebruikgemaakt van bedreigingsmodellen. Inzicht krijgen in de verschillende manieren waarop aanvallers inbreuk kunnen maken op uw systeem, is de eerste stap in het voorkomen van aanvallen.

Meer informatie over IoT-beveiliging

Resources om mee aan de slag te gaan

IoT in de praktijk: Verhalen uit de productiesector

Meer informatie over hoe bedrijfsleiders IoT gebruiken om controle te houden over gegevens, apparaten en toepassingen. Krijg beter inzicht in wat nodig is om van IoT-technologieën te profiteren en hoe u uw oplossing in de praktijk brengt.

Lees het e-book

IoT-oplossingen ontwikkelen met Azure: Een ontwikkelaarsgids

Bekijk een overzicht van de services die voldoen aan de belangrijkste vereisten voor de IoT-oplossing, evenals een stapsgewijze planning om u te helpen bij het vergaren van de juiste kennis en om snel volledig werkende oplossingen te kunnen bouwen.

De handleiding verkennen

Your IoT Business Needs the Right Business Model (Elk IoT-bedrijf heeft het juiste bedrijfsmodel nodig)

Overdenk uw huidige bedrijfsmodel of ga op zoek naar een nieuw, met IoT compatibel model dat een betere ondersteuning biedt voor uw interactie met uw klanten. Verken meerdere strategieën op basis van prijszettingsvermogen en periodieke inkomsten.

Lees het e-book

Internet of Things Show

Blijf op de hoogte van de nieuwste IoT-aankondigingen van Microsoft, product- en functiedemo's, klant- en partnerspotlights, toonaangevende besprekingen uit de branche en uitgebreide technische informatie.

Bekijk de nieuwste aflevering

Werken met een vertrouwde IoT-marktleider

Contact opnemen