สถาปัตยกรรมการสื่อสาร internet of things · 2019. 5....
Post on 29-Oct-2020
12 Views
Preview:
TRANSCRIPT
IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
โดย ผศ.ดร. ชชชย คณบว
สงวนลขสทธตามกฎหมาย โดย ผศ.ดร. ชชชย คณบว © พ.ศ. 2562
หามคดลอก ลอกเลยน ดดแปลง ทาซา จดพมพ หรอกระทาอ-นใด โดยวธการใดๆ ในรปแบบใดๆ
ไมวาสวนหนงสวนใดของหนงสอเลมน เพ-อเผยแพรในส-อทกประเภท หรอเพ-อวตถประสงคใดๆ
นอกจากจะไดรบอนญาต
ขอมลทางบรรณานกรมของหอสมดแหงชาต
ชชชย คณบว.
IoT: สถาปตยกรรมการส-อสาร = Internet of Things. -- กรงเทพฯ : ซเอดยเคชน, 2562.
272 หนา.
1. อนเทอรเนตในทกสง.
I. ช-อเร-อง.
004.678
Barcode (e-book) : 9786160835010
ผลตและจดจาหน�ายโดย
เลขท 1858/87-90 ถนนเทพรตน แขวงบางนาใต เขตบางนา กรงเทพฯ 10260
โทรศพท 0-2826-8000
หากมคาแนะนาหรอตชม สามารถตดตอไดท comment@se–ed.com
สารบญ 3
คานา
เทคโนโลย Internet of Things (IoT) ถอเปนสวนหนงในการสงเสรมภาคอตสาหกรรม
ตางๆ โดยอาศยการเช อมตอส อสารและการทางานรวมกนระหวางเคร องจกร มนษย และ
ขอมล เพ อเพมอานาจการตดสนใจทรวดเรวและมความถกตองแมนยาสง ในการพฒนา
ประเทศไปสการเปน Thailand 4.0
หนงสอ IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things เหมาะเปนอยางยง
สาหรบผทสนใจพนฐานการทางานของเนตเวรกและโปรโตคอลตางๆ เพ อรองรบเทคโนโลย
IoT ตงแตการส อสารของไวไฟ (Wi-Fi), บลทธพลงงานตา (Bluetooth Low Energy),
ซกบ (Zigbee) และ 6LoWPAN จนถงการส อสารสาคญทกาลงเปนทกลาวถงอยางมาก
บนเทคโนโลย LPWA ไดแก NB-IoT และ LoRa
นอกจากน หนงสอเลมนยงไดกลาวถง 2 แอปพลเคชนโปรโตคอลทสาคญของ
เทคโนโลย IoT ไดแก MQTT และ CoAP ซงเปนโปรโตคอลทถกนาไปประยกตใช ใน
แอปพลเคชนของ IoT ทหลากหลาย
แมวาหนงสอเลมนจะมจดประสงคเพ อเปนตาราใหกบนกศกษาสาขาวชาวศวกรรม
คอมพวเตอร มหาวทยาลยขอนแกน อยางไรกตามผเขยนหวงวาจะเปนประโยชนกบบคคล
ทวไปทสนใจเทคโนโลย IoT
4 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
สดทายนขอขอบคณ สาขาวชาวศวกรรมคอมพวเตอร มหาวทยาลยขอนแกน ทอานวย
ความสะดวกเพ อคนควาขอมลในการเขยนหนงสอเลมน คาแนะนาจากนกวจยในกลมวจย
เครอขายเซนเซอรไรสายแบบ 6LoWPAN สาขาวชาวศวกรรมคอมพวเตอร มหาวทยาลย
ขอนแกน คณภร จนทมา, คณภาคย สธนเสาวภาคย, คณชาญวช สวรรณพงศ,
คณจรเกยรต ภบญอบ และคณวณช พาด ภาพประกอบจาก คณวศาลศกด มณโชตสกล
โดยเฉพาะอยางยง คณจอมภพ สายบวทอง และคณวภาดา สหพนธ ทตงใจตรวจสอบ
ความถกตองของตนฉบบอยางละเอยด
ผศ.ดร. ชชชย คณบว
สารบญ 5
สารบญ
1. บทนา .................................................................................. 13
1.1 Internet of Things (IoT) ........................................................................................ 14
1.2 สมารทออบเจกต (Smart Object) .......................................................................... 15
1.3 สถาปตยกรรม IoT (IoT Architecture) ................................................................. 17
1.3.1 สถาปตยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M ............................................. 17
1.3.2 The IoT World Forum (IoTWF) Standardize Architecture ............. 19
1.4 เทคโนโลยการส อสาร IoT ......................................................................................... 21
1.4.1 การส อสารระยะสน ......................................................................................... 22
1.4.2 การส อสารระยะไกล ....................................................................................... 23
1.5 ตวอยางแอปพลเคชนของ IoT ................................................................................ 24
1.5.1 บานอจฉรยะ (Smart Home) ....................................................................... 24
1.5.2 เมองอจฉรยะ (Smart City) ......................................................................... 25
1.5.3 สมารทเฮลทแคร (Smart Health Care) .................................................... 25
1.5.4 อตสาหกรรม 4.0 (Industry 4.0) ................................................................. 26
1.6 การคาดการณการเตบโต IoT และการจดสรรรองความถในประเทศไทย ......... 27
1.7 เทคโนโลย IoT ทจะนาเสนอในทน .......................................................................... 28
1.8 สรป .............................................................................................................................. 30
2. พนฐานการทางานของเนตเวรก ......................................... 31
2.1 อนเทอรเนต (Internet) ............................................................................................. 31
2.2 โมเดลการส อสารบนอนเทอรเนต ............................................................................. 32
2.2.1 โมเดลมาตรฐาน OSI ..................................................................................... 32
2.2.2 โมเดลมาตรฐาน TCP/IP ............................................................................... 35
6 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
2.3 เนตเวรกโทโพโลย (Network Topology) .............................................................. 36
2.4 แอดเดรส (Address) .............................................................................................. 38
2.5 Internet Protocol (IP) ............................................................................................. 40
2.5.1 Internet Protocol (IPv4) ............................................................................. 40
2.5.2 แอดเดรสของ IPv4........................................................................................ 42
2.6 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ............................................ 43
2.7 Internet Control Message Protocol (ICMP) ................................................... 44
2.8 การรองรบความน�าเช อถอและถกตองบนอนเทอรเนต ......................................... 46
2.8.1 User Datagram Protocol (UDP) ............................................................. 46
2.8.2 Transport Control Protocol (TCP).......................................................... 48
2.8.3 รปแบบเซกเมนตของ TCP (TCP Segment Format) ............................ 49
2.9 สรป .............................................................................................................................. 50
2.10 คาถามทายบท .......................................................................................................... 51
3. พนฐานการส0อสารแบบไรสาย ............................................ 53
3.1 คล นความถสาธารณะสาหรบอตสาหกรรมวทยาศาสตรและการแพทย ............. 54
3.2 การแพรกระจายของสญญาณ (Signal Propagation) ........................................ 54
3.2.1 การแพรกระจายของสญญาณในพนทโลง
(Free Space Propagation) ........................................................................ 55
3.2.2 พนฐานการลดทอนของสญญาณภายในอาคาร .......................................... 57
3.2.3 การแพรกระจายแบบหลายทศทาง
(Multipath Propagation) ............................................................................ 58
3.3 สญญาณรบกวน (Noise) .......................................................................................... 59
3.4 สายอากาศประเภทของสายอากาศ ......................................................................... 61
3.5 ลงกบดเจต (Link Budget) ...................................................................................... 64
3.6 ปญหาทพบในระบบเครอขายไรสาย ........................................................................ 65
3.7 สรป .............................................................................................................................. 66
3.8 คาถามทายบท ............................................................................................................. 67
4. ไวไฟ (Wi-Fi) ...................................................................... 69
4.1 โทโพโลยของไวไฟ ..................................................................................................... 70
4.2 สถาปตยกรรมของ IEEE 802.11 ............................................................................ 71
สารบญ 7
4.3 มาตรฐานของไวไฟ ..................................................................................................... 72
4.4 ชองสญญาณของ IEEE 802.11 ............................................................................. 75
4.5 การทางานของ MAC เลเยอร.................................................................................. 75
4.5.1 รปแบบเฟรม (Frame Format) ................................................................... 80
4.6 ปญหาการใชไวไฟใน IoT .......................................................................................... 82
4.7 มาตรฐาน IEEE 802.11 ah ..................................................................................... 83
4.8 ฟสคอลเลเยอร ........................................................................................................... 83
4.9 MAC Layer ................................................................................................................ 84
4.9.1 ชนดของสเตชน .............................................................................................. 84
4.10 การรองรบโหนดจานวนมาก ................................................................................... 85
4.11 การประหยดพลงงานสาหรบสเตชนแบบ TIM .................................................... 86
4.12 โมดลไวไฟทสาคญ ................................................................................................... 88
4.13 การตงคาอปกรณหรอโมดลเพ อใชงานไวไฟ ........................................................ 89
4.14 สรป ............................................................................................................................ 90
4.15 คาถามทายบท .......................................................................................................... 90
5. บลทธ (Bluetooth) ............................................................ 91
5.1 บลทธคลาสสก ............................................................................................................ 92
5.1.1 สถาปตยกรรมเนตเวรกของบลทธคลาสสก................................................. 92
5.2 สถาปตยกรรมของโปรโตคอลบลทธคลาสสก ......................................................... 94
5.3 Bluetooth Low Energy (BLE) .............................................................................. 95
5.3.1 Bluetooth 4.0 ................................................................................................ 95
5.3.2 Bluetooth 4.1 ................................................................................................ 97
5.3.3 Bluetooth 4.2 ................................................................................................ 97
5.3.4 Bluetooth 5 เพมระยะและแบนดวดท....................................................... 98
5.4 ชนโปรโตคอล (Protocol Stack) ของบลทธพลงงานตา .................................... 99
5.4.1 โฮสต (Host) ................................................................................................... 99
5.4.2 คอนโทรลเลอร (Controller) .......................................................................101
5.5 การใชงานบลทธ .......................................................................................................102
5.6 Generic Access Profile (GAP) ..........................................................................103
5.7 แอตทรบวตโปรโตคอล (Attribute Protocol: ATT) ..........................................105
5.8 Generic Attribute Profile (GATT) .....................................................................107
8 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
5.9 Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol (L2CAP) ............109
5.9.1 Maximum Transfer Unit (MTU) .............................................................109
5.10 การกาหนดหมายเลขใหกบอปกรณบลทธ...........................................................111
5.11 บลทธแพกเกต ........................................................................................................112
5.11.1 รปแบบของแอดเวอรไทซงแพกเกต
(Advertising Channel PDU) ..................................................................113
5.11.2 รปแบบของแพกเกตขอมล (Data Channel PDU) ..............................116
5.12 การส อสารของบลทธพลงงานตา .........................................................................118
5.13 ชวงเวลาการส อสารของบลทธพลงงานตา .........................................................119
5.13.1 การกาหนดชวงเวลาแอดเวอรไทซง ........................................................119
5.13.2 การกาหนดชวงเวลาการสแกน .................................................................120
5.13.3 การกาหนดชวงเวลาการเช อมตอ .............................................................122
5.14 ตวอยางโมดลบลทธ ...............................................................................................124
5.15 สรป ..........................................................................................................................124
5.16 คาถามทายบท ........................................................................................................125
6. ซกบ (Zigbee) .................................................................. 127
6.1 สถาปตยกรรมของโปรโตคอลซกบ ........................................................................128
6.2 องคประกอบของซกบ (Zigbee Components) .................................................129
6.3 โทโพโลยของซกบ (Zigbee Topology) ...............................................................130
6.4 มาตรฐาน IEEE 802.15.4 ......................................................................................131
6.5 IEEE 802.15.4 ฟสคอลเลเยอร ............................................................................132
6.6 IEEE 802.15.4 MAC Layer .................................................................................134
6.6.1 ประเภทของเฟรมใน IEEE 802.15.4 ........................................................134
6.6.2 รปแบบทวไปของเฟรม .................................................................................135
6.7 ชนดของอปกรณของ IEEE 802.15.4 ..................................................................137
6.8 โทโพโลยของ IEEE 802.15.4 ...............................................................................138
6.9 โมเดลการส อสารขอมล (Data Transfer Model) ...............................................138
6.10 โปรโตคอลอ นๆ บน IEEE 802.15.4 ...................................................................139
6.11 โมดลซกบ ................................................................................................................140
6.12 สรป ..........................................................................................................................141
6.13 คาถามทายบท ........................................................................................................142
สารบญ 9
7. IPv6 .................................................................................. 143
7.1 เฮดเดอรของ IPv6 ..................................................................................................144
7.2 เฮดเดอรสวนตอขยาย (Extension Headers) ....................................................146
7.3 แอดเดรสของ IPv6 .................................................................................................147
7.3.1 ประเภทของแอดเดรสแบบยนคาสต..........................................................149
7.3.2 ประเภทของแอดเดรสแบบยนคาสตอ นๆ ..................................................150
7.3.3 แอดเดรสแบบแอนนคาสต (Anycast Address) ....................................150
7.3.4 แอดเดรสแบบมลตคาสต ............................................................................151
7.3.5 หมายเลขของอนเทอรเฟซ(Interface Identifiers:IID) ............................153
7.4 Internet Control Message Protocol สาหรบ IPv6 (ICMPv6) ....................154
7.4.1 เนเบอรดสคฟเวอรโปรโตคอล
(Neighbor Discovery Protocol: NDP) .................................................156
7.4.2 การกาหนดแอดเดรสแบบออโตคอนฟกเลชน
(Address Auto-configuration) ................................................................161
7.5 สรป ............................................................................................................................162
7.6 คาถามทายบท ...........................................................................................................162
8. 6LowPAN ........................................................................ 163
8.1 ขอดของการกาหนดใหอปกรณสามารถรองรบ
การทางานแบบ IP Address..................................................................................164
8.2 สถาปตยกรรมของเนตเวรกใน 6LoWPAN ..........................................................165
8.3 6LoWPAN อะแดปเทชนเลเยอร
(6LoWPAN Adaptation Layer) ..........................................................................166
8.4 เฮดเดอรคอมเพรสชน (Header Compression) ...............................................168
8.4.1 Header Compression ดวย LOWPAN_HC1
และ LOWPAN_HC2 ..................................................................................168
8.5 เฮดเดอรคอมเพรสชนแบบ LOWPAN_IPHC ....................................................170
8.6 สวนตอขยายของเฮดเดอรคอมเพรสชน
(IPv6 Extension Header Compression) .........................................................175
8.6.1 การบบอดเฮดเดอรของ UDP
(UDP Header Compression) ..................................................................176
8.7 6LoWPAN เนเบอรดสคฟเวอร (ND) ..................................................................178
8.8 สรป ............................................................................................................................181
8.9 คาถามทายบท ...........................................................................................................181
10 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
9. เราตงโปรโตคอลสาหรบ 6LoWPAN ............................... 183
9.1 ลงกเมตรกและเราตงเมตรก ..................................................................................184
9.2 คณสมบตพนฐานของ RPL ....................................................................................186
9.3 กราฟอวฏจกรระบทศทาง (Directed Acyclic Graph: DAG) ..........................186
9.4 ออบเจกทฟฟงกชน (Objective Function: OF) .................................................188
9.5 คอนโทรลเมสเสจของ RPL (RPL Control Message) ....................................188
9.5.1 DODAG Information Object (DIO) .......................................................188
9.5.2 DODAG Information Solicitation (DIS) ...............................................189
9.5.3 DODAG Advertisement Object (DAO) ...............................................189
9.5.4 DODAG Advertisement Object Acknowledge (DAO-ACK) .........189
9.5.5 RPL Control Message Options ............................................................190
9.6 การสราง DODAG ...................................................................................................191
9.7 โหมดของการทางาน (Mode of Operation: MOF) ..........................................195
9.8 รปแบบการส อสารของ RPL ..................................................................................196
9.8.1 การทางานแบบ Multi-Point-to-Point (MP2P) .....................................196
9.8.2 การทางานแบบ Point-to-Multi-Point (P2MP) .....................................196
9.8.3 การทางานแบบ Point-to-Point (P2P) ....................................................197
9.9 รปแบบการทางานของ Routing ใน 6LoWPAN ................................................197
9.9.1 Mesh-under Routing ................................................................................198
9.9.2 Route-over Routing ..................................................................................199
9.10 Trickle Timer .........................................................................................................199
9.11 แพลตฟอรมทรองรบการทางานของ RPL .........................................................200
9.12 สรป ..........................................................................................................................200
9.13 คาถามทายบท ........................................................................................................201
10. เทคโนโลย Low Power Wide Area (LPWA) ............. 203
10.1 Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) ................................................204
10.1.1 สถาปตยกรรมของ NB-IoT ......................................................................205
10.1.2 Control Plane (C-Plane) CIoT EPS Optimization ........................208
10.1.3 User Plane (U-Plane) CIoT EPS Optimization .............................208
10.1.4 การส อสารบนชองสญญาณวทยของ NB-IoT
(NB-IoT Radio Access) .........................................................................209
สารบญ 11
10.1.5 NB-IoT MAC Protocol ...........................................................................210
10.2 ฟงกชนทสาคญของ NB-IoT ...............................................................................212
10.2.1 การจดเกบสถานะและเรยกคนสถานะ ....................................................212
10.2.2 ไมรองรบการส อสารในขณะเคล อนท .......................................................212
10.2.3 Extended Discontinuous Reception (eDRX)..................................212
10.2.4 โหมดประหยดพลงงาน (Power Saving Mode: PSM)......................213
10.3 โหมดการทางานของอปกรณ................................................................................214
10.4 อนาคตของ NB-IoT..............................................................................................215
10.5 Long Range (LoRa) ...........................................................................................215
10.5.1 สถาปตยกรรมเนตเวรก LoRa..................................................................216
10.5.2 LoRa Protocol Stack .............................................................................217
10.5.3 ฟสคอลเลเยอร ...........................................................................................218
10.5.4 พารามเตอรของฟสคอลเลเยอร ...............................................................218
10.5.5 รปแบบเฟรม (Frame Format) ...............................................................221
10.5.6 โปรโตคอล LoRaWAN .............................................................................222
10.5.7 องคประกอบของ LoRaWAN เนตเวรก .................................................222
10.5.8 รปแบบของเฟรม ใน LoRaWAN (LoRaWANFrame Format) ........224
10.6 เปรยบเทยบ NB-IoT กบ LoRa .........................................................................226
10.6.1 ชองสญญาณเพ อการส อสาร ....................................................................226
10.6.2 คณภาพการใหบรการ (QoS) ...................................................................227
10.6.3 อายการใชงานและเวลาหน�วง (Latency) ..............................................227
10.6.4 การขยายตวของระบบ (Scalability)
และความจของขอมล (Payload) .............................................................227
10.6.5 ระยะครอบคลมของสญญาณ ...................................................................227
10.6.6 ราคา และโมดล ..........................................................................................228
10.7 สรป ..........................................................................................................................229
10.8 คาถามทายบท ........................................................................................................230
11. แอปพลเคชนโปรโตคอล ................................................ 231
11.1 Message Queue Telemetry Transport (MQTT) .........................................232
11.1.1 MQTT โมเดล .............................................................................................233
11.1.2 รปแบบเมสเสจของ MQTT ......................................................................234
12 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
11.1.3 ขนตอนการส อสารใน QoS แบบตางๆ....................................................237
11.2 Constrained Application Protocol (COAP) ................................................239
11.2.1 สถาปตยกรรมของ CoAP .........................................................................241
11.2.2 เฮดเดอรของเมสเสจ CoAP ....................................................................242
11.2.3 การส อสาร CoAP ในรปแบบตางๆ .........................................................243
11.2.4 การจดการกบการสญหายของขอมล........................................................244
11.2.5 การเขาถงขอมลของโปรโตคอล CoAP ..................................................245
11.2.6 การส อสารผานพรอกซของ CoAP ..........................................................245
11.2.7 การตดตามการเปลยนแปลงของทรพยากรใน CoAP
(Observing Resources in CoAP) ........................................................246
11.3 เปรยบเทยบการใชงาน MQTT และ CoAP .....................................................247
11.4 โปรโตคอลเซอรวสดสคฟเวอร (Service Discovery Protocols) .................248
11.4.1 Multicast DNS (mDNS) .........................................................................248
11.4.2 DNS Service Discovery (DNS-SD) ...................................................249
11.5 สรป ..........................................................................................................................250
11.6 คาถามทายบท ........................................................................................................250
12. เทคโนโลย 5G ................................................................ 251
12.1 เทคโนโลย 5G........................................................................................................253
12.2 5G ในประเทศไทย ................................................................................................255
12.3 สรป ..........................................................................................................................256
เอกสารอางอง ................................................................................................... 257
ดชน (Index) ..................................................................................................... 267
บทท 1 บทนา 13
บทนา 1
ปจจบนแมวาการใชงานไวไฟถอเปนการส อสารทถกใชงานอยางแพรหลาย รวมไปถง
การประยกตใชงานเทคโนโลย Internet of Things (IoT) แตดวยไวไฟ (Wi-Fi) ถกพฒนา
ขนเพ อจดประสงคในการรองรบอปกรณทตองการการส อสารดวยขอมลขนาดใหญ ซง
แตกตางจากการส อสารของอปกรณ IoT ทส อสารดวยขอมลขนาดเลก เนนการใชพลงงาน
ตา และรองรบอปกรณจานวนมาก ทาใหการใชงานไวไฟไมตรงกบวตถประสงค เน องจาก
ขอจากดของแอกเซสพอยตทไมสามารถรองรบอปกรณ IoT จานวนมากได อกทงการใช
งานไวไฟยงเปนการเปดชองโหวเพ อใหแฮกเกอรใชเปนชองทางเขาสเนตเวรกขององคกร
ซกบ (Zigbee) และ บลทธ (Bluetooth) ถอเปนเทคโนโลยทสาคญ เพ อใชรองรบ
การส อสารของ IoT ทงสองถกออกแบบเพ อใหใชพลงงานทตา และรองรบการเช อมตอโหนด
จานวนมาก โดยการทางานของซกบ สามารถรองรบการเช อมตอในรปแบบเมช (Mesh)
เพ อรองรบโหนดจานวนมาก ในขณะทบลทธในอดต ถกพฒนาใหมการใชพลงงานทลดลง
และรองรบการเช อมตอโหนดทมจานวนมากได อกหนงโปรโตคอลทสาคญในกลมนไดแก
IPv6 over Wireless Personal Network (6LoWPAN) ซงเปนโปรโตคอลเพ อรองรบการ
ส อสารของ IoT ในรปแบบการใช IP Address เพ อการส อสารระหวางอปกรณ ทาใหการ
สงขอมลระหวางอปกรณบนเนตเวรกของ 6LoWPAN และอนเทอรเนต สามารถส อสาร
ไดอยางมประสทธภาพ
14 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
NB-IoT และ LoRa เปนอกหนงเทคโนโลยทสาคญในการรองรบการส อสารของ
อปกรณ IoT โดยความโดดเดนของทงสองเทคโนโลยคอ การรองรบการส อสารระยะไกล
และการใชพลงงานทตา ในประเทศไทย NB-IoT ทางานอยบนเครอขายของสองผ ใหบรการ
ยกษใหญไดแก บมจ. แอดวานซ อนโฟร เซอรวส และ ทร คอรปอเรชน ทาใหสะดวกใน
การตดตง เน องจากทางานอยบนโครงขายเซลลลารทไดตดตงไวกอนหนา ในสวนของ LoRa
ผ ใชบรการหลกคอ บรษท กสท โทรคมนาคม จากด (มหาชน) ซงในชวงทผานมาในป 2561
ไดเรมมการตดตงในเมองใหญตางๆ เชน ภเกต เชยงใหม และขอนแกน เปนตน โดยคาดวา
จะขยายใหทวประเทศภายในเวลา 2-3 ป
จากความหลากหลายของเทคโนโลยขางตน เพ อใหผอานเขาใจถงการทางานพนฐาน
รวมถงเขาใจถงผลกระทบทอาจเกดขน เม อมการนาแตละเทคโนโลยไปประยกตใช ผเขยน
จะไดกลาวถงพนฐานการทางาน การเช อมตอของอปกรณเพ อความเขาใจของระบบเนตเวรก
ภายใตการทางานของเทคโนโลย IoT เพ อใหเลอกใชเทคโนโลยไดอยางเหมาะสม และทาให
การส อสารเนตเวรกเปนไปอยางมประสทธภาพ
1.1 Internet of Things (IoT)
เทคโนโลย Internet of Things (IoT)[8, 40] เปนเทคโนโลยเพ อพฒนาประเทศไปส
การเปน Thailand Industry 4.0 เทคโนโลยดาน IoT ถอเปนสวนหนงในการสงเสรม
ภาคอตสาหกรรม ทจะอาศยการเช อมตอการส อสารและทางานรวมกนระหวางเคร องจกร
มนษยและขอมล เพ อเพมอานาจในการตดสนใจทรวดเรวและมความถกตองแมนยาสง รวม
ไปถงการนาไปประยกตใช ในดานตางๆ ซงกอใหเกดนวตกรรมและบรการใหมๆ อกมากมาย
ยกตวอยางเชน เซนเซอรภายในโรงพยาบาลทตรวจจบการเคล อนไหวของผปวย เม อผปวย
มการเคล อนไหวหรอผปวยลม จะสงสญญาณไปยงบคลากรทางการแพทยหรอแผนกฉกเฉน
เซนเซอรภายในบานตรวจจบการเคล อนไหวของผอยอาศย และสงสญญาณไปสงเปดหรอ
ปดสวตชไฟตามหองตางๆ ทมคนหรอไมมคนอย เปนตน ยงไปกวานน เทคโนโลยดาน IoT
เปนหนงในสบเทคโนโลยทน�าจบตามองตามการวเคราะหบรษท Gartner ทปรากฏในรายงาน
Gartner’s Top 10 Strategic Technology Trends for 2015 และมการคาดการณวาจานวน
ของอปกรณทเช อมตอระบบพนฐานสาหรบ IoT จะมเพมขนมากกวาหลายพนลานอปกรณ
จงเปนทน�าสนใจในการเรยนรและพฒนานวตกรรมเพ อตอบสนองเทคโนโลยดงกลาว
บทท 1 บทนา 15
1.2 สมารทออบเจกต (Smart Object)
สมารทออบเจกต[29, 20] ถอเปนองคประกอบสาคญของ IoT สมารทออบเจกตถกใช
เพ อเรยนรสงรอบขาง และตอบสนองตอสงทเกดขนไดอยางถกตอง ใน IoT ยงรวมไปถง
ความสามารถในการส อสารผานเนตเวรก โครงสรางพนฐานของสมารทออบเจกต สามารถ
ทาการแยกไดเปน 4 สวน ดงแสดงในรปท 1.1 ประกอบดวย
หน�วยความจา
ไมโคร
คอนโทรลเลอร
ADC
เซนเซอร
สวนรบสง
สญญาณวทย
สวนแปลงสญญาณ
จากแอนะลอกเปนดจทล
ความถ 868 MHz
ความถ 915 MHz และ
ความถ 2.4 GHz เปนตน
อณหภมความชน
แรงดน และอ นๆ
รปท 1.1 โครงสรางทวไปของสมารทออบเจกต[4]
1. เซนเซอร (Sensor) และ/หรอ แอกชเอเตอร (Actuator) สมารทออบเจกต
ใชเซนเซอรและแอกชเอเตอรเพ อรบรการเปลยนแปลงของสงแวดลอม โดยเซนเซอรจะ
ถกใชเพ อการตรวจวด ในขณะทแอกชเอเตอรจะตอบสนองตอสงทเกดขน
เซนเซอร (Sensor) หมายถงอปกรณเพ อใชตรวจจบสภาวะตางๆ กอนทจะถก
แปลงใหอยในรปของดจทล ปจจบนเน องจากความกาวหนาของ Micro Electro
Mechanical System (MEMS) ทาใหสามารถผลตเซนเซอรทมขนาดเลก และ
ราคาถกลง เพ อใชกบแอปพลเคชนอยางแพรหลาย ตวอยางเซนเซอรทนยมใช
เชน เซนเซอรวดอณหภมความชน เปนตน รปท 1.2 แสดงตวอยางเซนเซอร
ทนยมใช ในปจจบน
(a) เซนเซอรวดกาซคารบอนไดออกไซด (b) เซนเซอรวดอณหภม
รปท 1.2 ตวอยางเซนเซอรทนยมใช ในปจจบน
16 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
(c) เซนเซอรวดอณหภมและความชนในอากาศ (d) เซนเซอรวดการเคล อนไหว
(e) เซนเซอรวดระยะทาง (f) เซนเซอรวดความชนในดน
รปท 1.2 (ตอ) ตวอยางเซนเซอรทนยมใช ในปจจบน
แอกชเอเตอร (Actuator) ทาหนาทรบผลทไดจากเซนเซอร และตอบสนองตาม
เง อนไขทกาหนด เชน ทาใหพดลมในโรงเรอนทางาน เม ออณหภมตากวาคาท
กาหนด รปท 1.3 แสดงการทางานระหวางเซนเซอรและแอกชเอเตอร
รปท 1.3 การทางานระหวางเซนเซอรและแอกชเอเตอร[20]
2. หนHวยประมวลผล (Processor Unit) มหนาทในการประมวลผลทจาเปน เชน
การหาเสนทางในการสงผานขอมลไปยงโหนดถดไป หน�วยประมวลผลน โดยทวไปนยมใช
ไมโครคอนโทรลเลอรทใชพลงงานตา เพ อใหอปกรณสามารถใชงานได ในเวลาทยาวนานขน
บทท 1 บทนา 17
3. สวนรบสงสญญาณคล0นวทย (Transceiver) ทาหนาทในการรบสงขอมล
ระหวางอปกรณ เพ อทาใหเกดการเช อมตอระหวางอปกรณ โดยใชชองทางการส อสาร
ความถวทยทไดรบอนญาต ไดแก 868 MHz, 915 MHz หรอ 2.4 GHz โดยทชองความถ
2.4 GHz เปนชองความถทนยมใชมากทสดในขณะน
4. แหลงพลงงาน โดยทวไปสมารทออบเจกตประกอบดวยสวนตางๆ ทตองอาศย
พลงงาน เพ อประมวลผลและส อสาร ปกตสมารทออบเจกตจะทางานบนสภาวะทม
พลงงานจากด เชน การใชแบตเตอรขนาด AA สองกอน หรอ แบบลเธยม (CR2450) ดงนน
สมารทออบเจกตจาเปนตองมการใชพลงงานอยางเหมาะสม รวมไปถงการเขาสโหมดสลป
(Sleep Mode) เพ อลดการใชพลงงานลง
1.3 สถาปตยกรรม IoT (IoT Architecture)
จากความหลากหลายในการนา IoT ไปประยกตใชงาน ทาใหมการออกแบบสถาปตยกรรม
ทหลากหลายขน ไมวาจะเปน IEEE P2413[41], The Industrial Internet Reference
Architecture[44], oneM2M[43] และ The IoT World Forum (IoTWF) Standardize
Architecture[73] เพ อเปนพนฐานการเรยนร ในทนขอกลาวถง 2 สถาปตยกรรมทน�าสนใจคอ
สถาปตยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M และ IoTWF ซงมการแบงการทางานทชดเจน
1.3.1 สถาปตยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M
oneM2M[43] เปนความรวมมอขององคกรส อสารระดบโลก 8 องคกร เพ อพฒนา
สถาปตยกรรมรวมกน รองรบการทางานของแอปพลเคชนใน M2M และ IoT ในป 2012
ไดแก
Association of Radio Industries and Businesses (ARIB)
Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS)
China Communications Standards Association (CCSA)
European Telecommunications Standards Institute (ETSI)
Telecommunications Industry Association (TIA)
18 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
Telecommunications Standards Development Society (TSDSI)
Telecommunications Technology Association (TTA)
Telecommunications Technology Committee (TTC)
oneM2M ไดตพมพมาตรฐานฉบบแรกในเดอนธนวาคม 2014 โดยกาหนดประเภท
ของเอนทต (Entity) ตามฟงกชนการทางานสองประเภทไดแก Application Entity (AE)
เพ อกาหนด API ใหกบแอปพลเคชน ซงแตละ AE ขนอยกบชนดอปกรณหรอเซนเซอร
แตละประเภท Common Service Entity (CSE) เปนโปรโตคอล หรอทรพยากรของระบบ
เพ อใช ในการประมวลผลและตดตอกบฮารดแวรโดยมาตรฐานทกาหนดขนประกอบดวย
3 เลเยอรหลก ไดแก แอปพลเคชน เซอรวส และเนตเวรก ดงแสดงในดงรปท 1.4
เนตเวรกเลเยอร
AE AE AE AE AE
Communication Network(s)
เซอรวสเลเยอร
แอปพลเคชนเลเยอร
one M2M Architecture
CSE CSE CSE
รปท 1.4 สถาปตยกรรม IoT ของ oneM2M[43]
แอปพลเคชนเลเยอร (Applications Layer) เพ อกาหนดชองทางการเช อมตอ
ระหวางอปกรณและแอปพลเคชน รวมไปถงแอปพลเคชนเลเยอรโปรโตคอลตางๆ
เซอรวสเลเยอร (Services Layer) ควบคมการส อสารตามความตองการของ
แอปพลเคชน เชน การส อสารของแอปพลเคชนทไมสามารถรอ (Delay) ได จาเปน
ตองสงใหไดตามเวลาทกาหนด หากเปนการส อสารแบบระหวางแอปพลเคชน
ทไมคานงถงเวลาทสง ขอมลอาจถกรอจนกระทงการรวบรวมขอมลครบถวนจงสง
ขอมลออกไป
เนตเวรกเลเยอร (Network Layer) เปนชองทางการส อสารระหวางอปกรณ IoT
กบปลายทาง (Endpoints) ซงรวมถงอปกรณและเนตเวรกทใช ในการเช อมตอ
เชน IEEE 802.15.4 สาหรบการส อสารแบบเมช (Mesh)
บทท 1 บทนา 19
1.3.2 The IoT World Forum (IoTWF) Standardize
Architecture
IoTWF[73] เปนโมเดลทเกดจากความรวมมอของ Cisco, IBM และบรษทอ นๆ ในป
ค.ศ. 2014 โดยโมเดลทเกดขนประกอบดวย 7 เลเยอร ตงแตเซนเซอรไปจนกระทงการจดเกบ
ขอมล การเขาถงขอมล และการใชงานรวมกนของขอมล โดยแบงออกตามฟงกชนการทางาน
ดงแสดงในรปท 1.5
1. อปกรณตางๆ และคอนโทรลเลอร (Physical Devices & Controllers)
ซงหมายถง Thing หรออปกรณในเทคโนโลย IoT โดยอปกรณไมจากดขนาด ผผลต หรอรปแบบ
ทงนสามารถเพมเขาสระบบไดตลอดเวลา เชน อปกรณเซนเซอรหรอแอกชเอเตอรตางๆ
รปท 1.5 สถาปตยกรรม The IoT World Forum (IoTWF)[73]
2. การเช0อมตอ (Connectivity) เปนการส อสารและการเช อมตอระหวางอปกรณ
ตางๆ ทเกดขนจากอปกรณภายในองคกรเดยวกนหรอระหวางองคกร โดยโมเดลมาตรฐาน
กาหนดโดย International Standards Organization (ISO) เปนสวนหนงของการทางาน
ในเลเยอรน เพ อใหอปกรณสามารถตดตอส อสารกนไดอยางมประสทธภาพ ไมวาจะ
รองรบการส อสารในรปแบบของ IP Address เชน ไวไฟ (Wi-Fi) หรอการส อสารแบบไมใช
IP Address เชน ซกบ (Zigbee) หรอ บลทธ (Bluetooth) ซงมความจาเปนในการส อสาร
ผานเกตเวยเพ อสงขอมลเขาสอนเทอรเนตตอไป
20 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
3.การประมวลผลและสงงานอปกรณ (Edge Computing) ความหลากหลาย
ของขอมลทไดรบจากการทางานของอปกรณผานการส อสารทเกดขน ไมวาจะเปนจากการ
ตรวจวดสภาพอากาศ การตรวจวดการทางานของเคร องจกรในโรงงาน ในสวนนจะทาหนาท
จดการขอมลทไดรบ ใหอยในรปแบบทสามารถจดเกบและประมวลผลตอไปได โดยมตวอยาง
การทางานของเลเยอรนเชน
การประเมนผล (Evaluation) ทาการประเมนขอมล ควรจะถกประมวลผล
ในเลเยอรถดไปหรอไม
การจดรปแบบขอมล (Formatting) ทาการจดรปแบบขอมลใหเหมาะสม เพ อ
การประมวลผลในเลเยอรถดไป
การขยาย/ถอดรหสขอมล (Expanding/Decoding) ทาการตความขอมลทไดรบ
กลนกรอง/ลดขนาดขอมล (Distillation/Reduction) ทาการจดการกบขอมล
ดวยการตดออก หรอลดขนาดขอมล เพ อใหทราฟฟกในเนตเวรกลดลง รวมถง
การลดผลกระทบกบการประมวลผลในเลเยอรถดไป
การประเมนผลขอมล (Assessment) ทาการประเมนขอมลอยในเกณฑทตอง
ตรวจสอบหรอแจงเตอน รวมไปถงการจดสงขอมลไปยงอปกรณอ น
4. การเกบรวบรวมขอมล (Data Accumulation) เปนการจดเกบขอมลเพ อ
การนาไปใชงาน เชน ขอมลทไดรบจากเซนเซอรอณหภมและความชนของระบบสมารท
ฟารม จะถกจดเกบเพ อนาไปวเคราะหการทางานของระบบในภายหลง โดยการทางาน
ของเลเยอรน จะทาการรวบรวมขอมลทได (Event-based) เพ อใหอยในรปแบบของขอมล
ทสามารถนาไปใชงานภายหลง (Query-based) เชน การจดเกบลงในฐานขอมล เปนตน
5. การคดยอขอมล (Data Abstraction) จากความหลากหลายของขอมล
ในเทคโนโลย IoT ทาใหในสวนนมงเนนทการแสดงผลขอมล และการจดเกบขอมลในรปแบบ
ทชวยใหงายตอการจดการ และใหแอปพลเคชนนาไปใชไดอยางมประสทธภาพ ในสวนน
ประกอบไปดวย การรวบรวมขอมลทหลากหลายจากอปกรณทแตกตาง เพ อแปลงใหอยใน
รปแบบเดยวกน การแจงเตอนในเลเยอรถดไป เม อขอมลพรอมตามทไดกาหนดไว การปองกน
ขอมลดวยการพสจนทราบตวตน (Authentication) และการอนญาตใชงาน (Authorization)
ทเหมาะสม เปนตน รวมไปถงการทาอนเดกซ (Index) เพ อการเขาถงขอมลอยางรวดเรว
6. แอปพลเคชน (Application) แอปพลเคชนตางๆ ทใช ในการแสดงผลหรอ
ควบคม โดยอาศยขอมลทไดรบจากเลเยอรกอนหนา
บทท 1 บทนา 21
7. การทางานรวมกนและประมวลผล (Collaboration & Processes) เปน
เลเยอรสงสดทใหผ ใชสามารถนาเอา IoT ไปใชประโยชนแลกเปลยนขอมล และการนาขอมล
เพ อไปวเคราะหในดานตางๆ
1.4 เทคโนโลยการส0อสาร IoT
จากความหลากหลายของเทคโนโลยการส อสารไรสายในปจจบน เม อพจารณาการ
ส อสารทเกดขนกบระยะทางเพ อรองรบการทางานของ IoT สามารถแบงออกเปนสองกลม
หลก[72] คอ กลมทส อสารระยะสน เพ อใชเช อมตอระหวางอปกรณภายในบรเวณหนงๆ
ระยะทางไมเกน 1,000 เมตร และกลมการส อสารระยะไกล ทมระยะการส อสารมากกวา
1,000 เมตรขนไป โดยกลมการส อสารระยะไกลสามารถแบงออกไดอกเปนสองกลมยอยคอ
กลมทใชความถแบบไดรบใบอนญาต (Licensed) เชน NB-IoT และกลมทใชคล นความถ
แบบยกเวนใบอนญาต (Unlicensed Spectrum) เชน LoRa การใชงานในแตละกลม
ขนอยกบแอปพลเคชนและความตองการในเนตเวรกนนๆ รปท 1.6 แสดงรปแบบการส อสาร
แบบตางๆ
+
รปท 1.6 รปแบบการส อสารรองรบเทคโนโลย IoT เทยบกบระยะทาง[77]
22 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
1.4.1 การส0อสารระยะสน
Proximity เปนการส อสารระยะใกล ในระยะไมเกน 10 เมตรโดยประมาณ
ซงเทคโนโลยหลกในกลมนไดแก Near-field Communication (NFC) ตามมาตรฐาน
ISO 14443 ทความถ 13.56 MHz ตวอยางการใชงานทนยม เชน เพ อใช ในการตดตาม
สนคา การเขาออกอาคาร เปนตน อกหนงเทคโนโลยหลกไดแก Radio Frequency
Identification (RFID) เพ อใชระบขอมลสนคาโดยใชคล นความถวทยในระบบขนสง
(Logistics) และการนา RFID ไปใชงานแทนบารโคด (Barcode)
Wireless Personal Area Network (WPAN) เทคโนโลยหลกในกลมนไดแก
บลทธ (Bluetooth) และซกบ (Zigbee) ทงน บลทธเปนเทคโนโลยทไดรบความนยมอยาง
มาก สาหรบการส อสารระยะใกล เชน เมาส คยบอรด และใชเพ อการส อสารระหวาง
สมารทโฟนกบอปกรณภายนอก เชน เฮดเซต (Headset) และสมารทวอตช (Smart Watch)
เปนตน เพ อรองรบ IoT ไดมการพฒนาบลทธเพ อลดการใชพลงงานของการส อสารลง เพ อ
ใหสามารถทางานไดนานขน รวมถงการส อสารในระยะทางทมากขน ซกบเปนเทคโนโลย
สาคญทไดรบความนยมอยางมากในแอปพลเคชน เชน สมารทโฮม (Smart Home) และ
สมารทเอนเนอรย (Smart Energy) เปนตน นอกเหนอจากน ยงมโปรโตคอลอ น ไดแก
WirelessHart และ ISA100.11a สามารถส อสารผานอนเทอรเนตผาน IPv6 บนโปรโตคอล
ทเรยกวา IPv6 over Low-power WPAN (6LoWPAN) ซงถกพฒนาขนเพ อกาหนด
รปแบบและมาตรฐานการส อสารของ IPv6 บนมาตรฐาน IEEE 802.15.4
Wireless Local Area Network (WLAN) WLAN หรอ ไวไฟ (Wi-Fi) ถอเปนการ
ส อสารไรสายทไดรบความนยมอยางมาก ปจจบน IEEE 802.11 a/b/g/n เปนมาตรฐานท
ถกใชงานอยางแพรหลายทความถ 2.4 GHz นอกจากนยงไดมการกาหนดมาตรฐาน IEEE
802.11ac ทความถ 2.4 และ 5 GHz และมาตรฐาน IEEE 802.11ad ทความถ 60 GHz
เพ อรองรบแอปพลเคชนทตองการแบนดวดททสงขน อยางไรกตาม เน องจากอปกรณ
IoT ไมมความจาเปนตองใชแบนดวดททสง ทาใหมการพฒนามาตรฐาน IEEE 802.11ah
ทความถ 902-928 MHz เพ อลดการใชพลงงาน และลดความเรวในการสงขอมลลง
แตสามารถส อสารในระยะทางทเพมมากขน เพ อตอบสนองการใชงานของอปกรณ IoT
บทท 1 บทนา 23
1.4.2 การส0อสารระยะไกล
Wireless Neighborhood Area Network (WNAN) เปนเทคโนโลยทอย
ระหวางการเช อมโยงระหวางการเช อมตอของอปกรณทมการส อสารระยะสนและระยะไกล
ตวอยางโปรโตคอลทสาคญในกลมนไดแก Wi-Smart Utility Network (Wi-SUN) และ
Zigbee-NAN บนมาตรฐาน IEEE 802.15.4g การใชงานของ Wi-SUN เพ อรองรบการ
ส อสารไรสายความเรวตาในพนทกวาง ทไมมการสรางโครงขายพนฐานรองรบ เพ อการส อสาร
ของอปกรณสมารทมเตอร (มเตอรนา, มเตอรไฟฟา) เปนตน สวนโปรโตคอล Zigbee-NAN
ถกออกแบบมาเพ อรองรบการบรหาร และการใหบรการดานระบบโครงขายไฟฟาอจฉรยะ
หรอสมารทกรด (Smart Grid)
Wireless Wide Area Network (WWAN) กลม WWAN ซงหมายถงตงแต
กลมการส อสารในระบบเซลลลาร (Cellular) เดม และกลมใหมทเรยกวา Low Power
Wide Area (LPWA) เพ อรองรบการส อสารความเรวตา มอายการใชงานแบตเตอรทยาว
และสามารถเช อมตออปกรณในระยะทไกล ในทนสามารถแบงออกไดเปนสองกลมยอย
ตามรปแบบการใชสเปกตรม ไดแก
กลมคลนความถแบบไดรบใบอนญาต (Licensed Spectrum หรอ Cellular) การส อสาร GSM, WCDMA, LTE และ 5G หรอถกเรยกรวมกนวา เทคโนโลย
3GPP (Third Generation Partnership Project) เปนการส อสารบนคล นความถ
แบบไดรบใบอนญาต (Licensed Spectrum) มจดประสงคเพ อรองรบการส อสาร
ดานเสยงและการส อสารขอมลความเรวสง แตปจจบนไดมการนาเทคโนโลย
NB-IoT มาใชเพ อรองรบการส อสารความเรวตา มอายการใชงานแบตเตอรทนานขน
และสามารถส อสารได ในระยะมากกวา 10 กโลเมตร
กลมคลนความถแบบยกเวนใบอนญาต (Un-licensed Spectrum) ตวอยาง
ในกลมนไดแก LoRa และ SIGFOX ถกพฒนาขนเพ อรองรบการทางานบน
แอปพลเคชน การส อสารระหวางเคร องจกรกบเคร องจกร Machine-to-Machine
(M2M) เพ อรองรบการส อสารทใชพลงงานตา และระยะทางการส อสารทไกล
โดยมช อเรยกอยางเปนทางการวา Machine-type Communication (MTC)
24 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
1.5 ตวอยางแอปพลเคชนของ IoT
การพฒนาเทคโนโลย IoT ไดมการนาไปใช ในแอปพลเคชนหลายระบบ โดยทแตละ
ระบบมความตองการทแตกตางกน ขนอยกบลกษณะการทางาน รวมไปถงความตองการ
ในการสงขอมล ขนาดของขอมล ในทนยกตวอยางแอปพลเคชนในรปแบบตางๆ ทสาคญ
ไดแก
1.5.1 บานอจฉรยะ (Smart Home)
ไอเดยของบานอจฉรยะ ถกพฒนาขนเพ อเช อมตออปกรณตางๆ เขาสอนเทอรเนต
โดยใชขอมลทไดรบจากเซนเซอรโดยจดประสงคเพ อเพมคณภาพชวตใหดขน ดวยการเพม
ความสะดวกในการควบคม และตรวจสอบสถานะตางๆ ทเกดขนในบาน ซงทงนยงรวม
ไปถงการเพมประสทธภาพของการใชพลงงาน โดยการเปด/ปดตามสถานะทตงไว และ
การควบคมการทางานอปกรณตางๆ แบบระยะไกล นอกจากนยงมการพฒนาโครงการ
บานอจฉรยะ เพ อจดประสงคของการดแลผสงอายดงแสดงในรปท 1.7
รปท 1.7 ตวอยางโครงการบานอจฉรยะเพ อดแลผสงอายโดยมหาวทยาลยขอนแกน (ทนวจย สกว.)
บทท 1 บทนา 25
1.5.2 เมองอจฉรยะ (Smart City)
เมองอจฉรยะ (Smart City) เปนอกหนงระบบเพ อยกระดบใหประชาชนมความเปนอย
ทดขน ซงจาเปนตองอาศยการเช อมตอของอปกรณตางๆ จานวนมาก เพ อรองรบระบบ
สาธารณปโภคตางๆ เชน การจดการระบบขนสงมวลชน การจดการดานพลงงาน และการ
จดการดานสงแวดลอม LoRa และ NB-IoT ถอเปนเทคโนโลยทสาคญเพ อรองรบการส อสาร
ของเมองอจฉรยะ เมองอจฉรยะของจงหวดภเกต ถอเปนตวอยางการใชงานเทคโนโลย
ทหลากหลายดงแสดงในรปท 1.8
รปท 1.8 ตวอยางโครงการเมองอจฉรยะของจงหวดภเกต โดยมหาวทยาลยสงขลานครนทร
และความรวมกบหน�วยงานตางๆ
1.5.3 สมารทเฮลทแคร (Smart Health Care)
การเกดขนของ IoT ทาใหเกดประโยชนเพ อการดแลรกษาอยางมาก ปจจบนอปกรณ
สวมใสเพ อวดอณหภมการเตนของหวใจมการใชอยางกวางขวาง ทาใหสามารถตดตามสถานะ
ของคนไขไดอยางตอเน อง สามารถนาผลทไดมาวเคราะหเพ อตอยอดการรกษา ตวอยาง
การพฒนาโครงการสมารทเฮลทแครดงแสดงในรปท 1.9
26 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
รปท 1.9 ระบบดแลผสงอายและการพฒนาระบบนเวศเขตเมองสาหรบผสงอาย
ภายใตโครงการ โครงสรางพนฐานดจทลเพ อการพฒนาเศรษฐกจดจทล
ทยงยน โดยมหาวทยาลยธรรมศาสตร
1.5.4 อตสาหกรรม 4.0 (Industry 4.0)
การใชงานของ IoT ในโรงงานอตสาหกรรม แตกตางจากบานอจฉรยะ (Smart Home)
และเมองอจฉรยะ (Smart City) เน องจากตองการความถกตองและแมนยา รวมถง
ความตองการความหน�วงเวลา (Delay) ทตา เชน ในระบบการควบคมการทางานของ
เคร องจกร การควบคมสภาพแวดลอมในฟารมสมยใหม นอกเหนอจากนน ยงตองรองรบ
ความแตกตางของอปกรณจากผผลตทหลากหลาย และความแตกตางของโปรโตคอลทใช
ตวอยางการพฒนาโครงการควบคมสภาพแวดลอมในฟารมสมยใหมดงแสดงในรปท 1.10
รปท 1.10 ตวอยางโครงการสมารทฟารม โดยมหาวทยาลยขอนแกน (ทนวจย สนพ.)
บทท 1 บทนา 27
1.6 การคาดการณการเตบโต IoT และการจดสรร
ชองความถในประเทศไทย
เพ อการนาพาประเทศไปสโมเดล Thailand 4.0 ประเทศไทยไดมการเคล อนไหว
อยางตอเน องทงภาครฐและเอกชน จะเหนไดจากการประกาศใหมการใชงานคล นความถ
920-925 เมกะเฮรตซในแบบยกเวนใบอนญาต (Unlicensed) ตงแตเดอนพฤศจกายน
2560 เพ อรองรบเทคโนโลย IoT ในประเทศไทย โดยคณะกรรมการกจการกระจายเสยง
กจการโทรทศนและกจการโทรคมนาคมแหงชาตหรอ กสทช. ปจจบนความถทไดรบการ
จดสรรความถดงแสดงในรปท 1.11 โดยมชองสญญาณเพ อรองรบโครงขายผานโครงขาย
โทรศพทเคล อนทจานวน 3 ยานความถ และการใชงานแบบยกเวนใบอนญาตอกจานวน
8 ยานความถ[1]
นอกเหนอจากน จากการคาดการณในประเทศไทย 3-5 ปขางหนา จะมการเตบโต
อยางมากใน 4 ภาคธรกจไดแกภาคการผลต (Factory) เมองอจฉรยะ (City) การคาปลก
และเทคโนโลยการเงน (Retail) และ ภาคการขนสงและโลจสตกส (Logistics)[1] โดย
ตารางท 1.1 แสดงเปรยบเทยบการประมาณการมลคาทางเศรษฐกจของ IoT ในประเทศไทย
รปท 1.11 การกาหนดคล นความถในประเทศไทยรองรบ IoT[1]
28 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
ตารางท 1.1 เปรยบเทยบการประมาณการมลคาทางเศรษฐกจของ IoT ของประเทศไทย (ทมาจาก[1])
ภาคธรกจ ป 2561 (ลานบาท) ป 2565 (ลานบาท) การเปลยนแปลง
ภาคการผลต (Factory) 1,145 2,374 +1,229
ระบบการจดการเมอง (City) 880 1,825 +945
ภาคการขนสงและโลจสตกส (Logistics) 530 1,099 +569
ภาคการคาปลก (Retail) 388 804 +416
ภาคยานพาหนะ (Vehicle) 199 412 +213
ระบบการจดการในบาน (Home) 189 392 +203
ระบบสาธารณสข (Human) 161 334 +173
ภาคการกอสราง (Worksite) 151 314 +163
ระบบการจดการสานกงาน (Office) 66 137 +71
รวม 3,709 7,691 +3,982
1.7 เทคโนโลย IoT ทจะนาเสนอในทน
เพ อใหเกดการใชงานอยางถกตอง ในประเทศไดมการนาเทคโนโลย IoT มาใชกน
อยางแพรหลาย จากภาคการศกษาไปจนถงภาคอตสาหกรรม นอกจากนยงมในสวนของ
Maker Club โดยในหนงสอเลมน จะกลาวถงเทคโนโลยทนยมใช ในปจจบน ซงในทนจะได
กลาวถงเทคโนโลยทสาคญตางๆ ไดแก
ไวไฟ (Wi-Fi) เทคโนโลยทไมสามารถมองขามได ซงอาจกลาวไดวาเปนเทคโนโลย
IoT ทใกลตวมากทสด และปจจบนคาดวามการนาไปใชงาน IoT มากทสด เชนกน เน องจาก
ความสะดวก และการจดหาอปกรณสามารถทาไดงาย
บลทธ (Bluetooth) บลทธถกออกแบบมาเพ อความสะดวกในการเช อมตอในรปแบบ
ทเรยกวา Wireless Personal Network (WPAN) หรอเครอขายไรสายสวนบคคล เช อมตอ
การส อสารระหวางคอมพวเตอรและอปกรณรอบขาง เชน เมาส คยบอรด ดวยกระแส
IoT ทเพมขน บลทธถกพฒนาใหลดการใชพลงงานลง เพมระยะทางการส อสารมากขน
จนกระทงการพฒนาเพ อเช อมตอในรปแบบเมช (Mesh) เพ อตอบรบการการใชงาน IoT
บทท 1 บทนา 29
ซกบ (Zigbee) ถกออกแบบมาเพ อรองรบการส อสารทไมตองการแบนดวดททสง
ประหยดพลงงาน สามารถส อสารในระยะทไกล เรยกวา Low-Rate Wireless Personal
Area Network (LR-WPAN) ซกบไดรบความนยมอยางมากดวยการเช อมตอกบเซนเซอร
ตรวจวดสภาพแวดลอม ทางานในรปแบบทเปนเครอขายเรยกวา Wireless Sensor
Network (WSN) ถอวาเปนจดเรมตนททาใหเกดสมารทออบเจกต
6LoWPAN การใช IP Address ถอเปนการส อสารมาตรฐานในอนเทอรเนต โดย
การพฒนามาอยางตอเน องเพ อใหมประสทธภาพ สามารถรองรบอปกรณจานวนมากได
6LoWPAN ชวยใหการส อสารของอปกรณตางๆ สามารถส อสารผาน IP Address ไดเพ อใช
ประโยชนจากความหลากหลายของโปรโตคอลทมอยแลว โดยถกพฒนาเปนสวนหนงของ
โปรโตคอลของซกบและบลทธ เพ อรองรบการส อสารบนอนเทอรเนตตอไป
NB-IoT เปนการตอบรบจากเทคโนโลยเซลลลารเพ อการใชงาน IoT ดวยความ
ตองการการส อสารของ IoT ระยะไกล แตไมจาเปนตองใชการส อสารขอมลทสงมาก การ
พฒนา NB-IoT เพ อรองรบการส อสารในรปแบบดงกลาว รวมไปถงการลดการใชพลงงานลง
เพ อใหรองรบการใชงานทยาวนานขนถง 10 ปในเทคโนโลยทเรยกวา LPWA
LoRa เปนอกหนงเทคโนโลยของ LPWA เชนเดยวกบ NB-IoT ความแตกตางท
เหนไดชดคอ NB-IoT จะใชงานบนโครงขายระบบเซลลลารทตองไดรบอนญาตเทานน สวน
ของ LoRa จะใชบนชองสญญาณแบบยกเวนใบอนญาต
ตารางท 1.2 แสดงความแตกตางพนฐานของแตละเทคโนโลย
เทคโนโลย ชวงความถ ระยะส0อสาร ความเรวของการสงขอมล แบนดวดทของชองสญญาณ
ซกบ 868 MHz, 915 MHz
และ 2.4 GHz
< 1 กโลเมตร 250 kbps 2 MHz
ไวไฟ 2.4 GHz และ 5 GHz 100 เมตร 54 Mbps 22 MHz
บลทธ 2.4 GHz 50 เมตร 2 Mbps 2 MHz
LoRa 868 และ 915 MHz 15 กม. 50 kbps 125, 250 หรอ 500 kHz
NB-IoT ขนอยกบโหมด 10 กม. DL:234.7 kbps/UL:204.8
kbps
180 kHz
30 IoT: สถาปตยกรรมการส อสาร Internet of Things
แอปพลเคชนโปรโตคอลสาคญสาหรบ IoT
นอกเหนอเทคโนโลย IoT ในทนยงไดกลาวถงอก 2 แอปพลเคชนโปรโตคอลสาคญ
ไดแก
1. Message Queue Telemetry Transport (MQTT) อาศยหลกการทางาน
ของพบบลช/ซบสไครบ (Publish/Subscribe) เพ อลดความยงยากและเพมความยดหยน
(Flexibility) ในการพฒนาระบบ โดย MQTT สามารถรองรบคณภาพการใหบรการ (Quality
of Server: QoS) ไดถง 3 ระดบ
2. Constrained Application Protocol (CoAP) ถกออกแบบมาสาหรบอปกรณ
IoT ทมทรพยากรจากด ดวยการส อสารในรปแบบคลายกบการทางานของโปรโตคอล HTTP
แตทางานอยบนโปรโตคอล UDP แทนการทางานบนโปรโตคอล TCP บน HTTP
1.8 สรป
ปจจบนเทคโนโลยไดเขามามบทบาทอยางมากในชวตประจาวน จนไมสามารถหลกเลยงได
ดวยความหลากหลายของเทคโนโลย ทาใหความเขาใจและการเลอกใชอยางเหมาะสม
ถอเปนสงสาคญ ทจะทาใหการนาไปใชไดอยางเหมาะสมในแตละสภาพแวดลอม โดยใน
บทนเราไดกลาวถงภาพรวมของเทคโนโลยทเกดขน ความแตกตางของแตละเทคโนโลย
เพ อใหสามารถนาใชไดอยางถกตอง
top related