Керування системою інтернету речей за допомогою зчитування електроміограми з вибором оптимального протоколу обміну даними

Abstract

Українська мова В статті аналізуються питання використання Інтернету речей (Internet of Things, IoT) та прикладних протоколів, необхідних для його реалізації. Розглянуто спосіб керування системами Інтернету речей за допомогою жестів. При використання цього виду керування зчитуються електричні сигнали з м’язів – електроміограма. Розроблено структурну схему системи IoT з керуванням за допомогою зчитування електроміограми. Проведено аналіз протоколів обміну даними у системі Інтернету речей з метою визначення протоколу, який матиме мінімальний розмір пакету для забезпечення максимальної енергоефективності та мінімального часу обробки пакету IoT-пристроєм. Розглянуто структуру протоколів HTTP, SOAP, XMPP, STOMP, CoAP, MQTT, MQTT-SN та зроблено висновок, що оптимальним протоколом для керування системами Інтернету речей є CoAP, через найменший розмір пакету даних серед протоколів, які одразу виконують оновлення даних на пристроях. Також виявлено, що протоколи, які використовують мову розмітки XML, для опису тіла повідомлення мають надмірність інформації у повідомленні. Протоколи з двійковим кодуванням даних дозволяють зменшити розміри повідомлення при передачі чисельних значень. Протоколи MQTT та MQTT-SN мають мінімальний розмір пакету за рахунок двійкового кодування даних та мінімального розміру заголовку, що зменшує енерговитрати у автономних системах. Протокол CoAP за рахунок двійкового кодування заголовку та схожістю з HTTP протоколом дозволяє розробляти системи з REST архітектурою. Російська мова В статье анализируется вопрос использования Интернета вещей (Internet of Things, Iot) и прикладных протоколов, необходимых для него реализации. Рассмотрен способ управления системами Интернета вещей с помощью жестов. При использование этого вида управления считываются электрические сигналы с мышц – электромиограмма. Разработана структурная схема системы Iot с управлением с помощью считывания электромиограммы. Проведен анализ протоколов обмена данными в системе Интернета вещей с целью определения протокола, который будет иметь минимальный размер пакета для обеспечения максимальной энергоэфективности и минимального времени обработки пакета Iot-устройством. Рассмотрена структура протоколов HTTP, SOAP, XMPP, STOMP, Coap, MQTT, MQTT-SN и сделан вывод, что оптимальным протоколом для управления системами Интернета вещей является Coap, из-за наименьшего размера пакета данных среди протоколов, которые сразу выполняют обновление данных на устройствах. Также выявлено, что протоколы, которые используют язык разметки XML, для описания тела сообщения имеют избыточность информации в сообщении. Протоколы с двоичным кодированием данных позволяют уменьшить размеры сообщения при передаче численных значений. Протоколы MQTT и MQTT-SN имеют минимальный размер пакета за счет двоичного кодирования данных и минимального размера заголовка, что уменьшает энергозатраты в автономных системах. Протокол Coap за счет двоичного кодирования заголовке и схожестью с HTTP протоколом позволяет разрабатывать системы с REST архитектурой. Англійська мова The article analyzes the use of the Internet of Things (Internet of Things, Iot) and the application protocols required for its implementation. The way of controlling systems of Internet of Things by means of gestures is considered. When using this type of control are read electrical signals from the muscles - electromyogram. The structural scheme of Iot system with control by means of electromyogram reading is developed. The analysis of data exchange protocols in the Internet of Things system was carried out in order to determine the protocol that will have the minimum size of the package to ensure maximum energy efficiency and minimum processing time of the Iot-Device package. The structure of HTTP, SOAP, XMPP, STOMP, Coap, MQTT, MQTT-SN protocols was considered and it was concluded that Coap is the optimal protocol for managing systems of the Internet of Things because of the smallest data packet size among the protocols that immediately perform data update on devices. It was also found that protocols that use XML markup language to describe the message body have redundancy of information in the message. Protocols with binary data encoding allow you to reduce the size of the message when passing numerical values. MQTT and MQTT-SN protocols have a minimum package size due to binary data encoding and a minimum header size, which reduces energy costs in standalone systems. Coap protocol due to header binary encoding and similarity to HTTP protocol allows to develop systems with REST architecture.