สถาปัตยกรรม IOT

IoT: สถาปต ยกรรมการสือสาร Internet of Things โดย ผศ.ดร. ชชั ชัย คุณบัว สงวนลขิ สิทธิต์ ามกฎหมาย โดย ผศ.ดร. ชชั ชยั คุณบวั © พ.ศ. 2562 หา มคัดลอก ลอกเลยี น ดัดแปลง ทาํ ซํา้ จดั พิมพ หรอื กระทําอนื ใด โดยวิธกี ารใดๆ ในรูปแบบใดๆ ไมว า สวนหน่ึงสว นใดของหนงั สือเลม นี้ เพือเผยแพรในสอื ทุกประเภท หรอื เพอื วัตถปุ ระสงคใดๆ นอกจากจะไดร ับอนุญาต ขอ มูลทางบรรณานกุ รมของหอสมดุ แหง ชาติ ชชั ชยั คุณบวั . IoT: สถาปต ยกรรมการสอื สาร = Internet of Things. -- กรุงเทพฯ : ซีเอ็ดยเู คช่ัน, 2562. 272 หนา . 1. อนิ เทอรเ นต็ ในทกุ สงิ่ . I. ชือเรอื ง. 004.678 Barcode (e-book) : 9786160835010 ผลิตและจดั จาํ หนายโดย เลขที่ 1858/87-90 ถนนเทพรตั น แขวงบางนาใต เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทรศัพท 0-2826-8000 Ç หากมีคําแนะนาํ หรอื ติชม สามารถตดิ ตอไดท ี่ comment@se–ed.com Ç

สารบญั 3 คํานํา เทคโนโลยี Internet of Things (IoT) ถอื เปน สว นหนงึ่ ในการสง เสรมิ ภาคอตุ สาหกรรม ตา งๆ โดยอาศยั การเชือมตอ สอื สารและการทํางานรวมกันระหวา งเครืองจักร มนุษย และ ขอมูล เพอื เพิ่มอํานาจการตัดสินใจท่ีรวดเร็วและมีความถูกตองแมนยําสูง ในการพัฒนา ประเทศไปสกู ารเปน Thailand 4.0 หนงั สือ IoT: สถาปตยกรรมการสอื สาร Internet of Things เหมาะเปนอยางย่งิ สาํ หรบั ผทู ส่ี นใจพน้ื ฐานการทาํ งานของเนต็ เวริ ก และโปรโตคอลตา งๆ เพอื รองรบั เทคโนโลยี IoT ตัง้ แตการสือสารของไวไฟ (Wi-Fi), บลทู ูธพลังงานต่ํา (Bluetooth Low Energy), ซกิ บี (Zigbee) และ 6LoWPAN จนถึงการสอื สารสําคัญท่ีกาํ ลังเปน ท่ีกลา วถึงอยางมาก บนเทคโนโลยี LPWA ไดแก NB-IoT และ LoRa นอกจากน้ี หนังสือเลมน้ียังไดกลาวถึง 2 แอปพลิเคชันโปรโตคอลท่ีสําคัญของ เทคโนโลยี IoT ไดแก MQTT และ CoAP ซึ่งเปนโปรโตคอลท่ีถูกนําไปประยุกตใชใน แอปพลเิ คชนั ของ IoT ท่หี ลากหลาย แมวาหนังสือเลมน้ีจะมีจุดประสงคเพือเปนตําราใหกับนักศึกษาสาขาวิชาวิศวกรรม คอมพวิ เตอร มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน อยา งไรกต็ ามผเู ขยี นหวงั วา จะเปน ประโยชนก บั บคุ คล ทว่ั ไปที่สนใจเทคโนโลยี IoT

4 IoT: สถาปต ยกรรมการสือสาร Internet of Things สดุ ทา ยนข้ี อขอบคณุ สาขาวชิ าวศิ วกรรมคอมพวิ เตอร มหาวทิ ยาลยั ขอนแกน ทอ่ี าํ นวย ความสะดวกเพอื คน ควา ขอ มูลในการเขยี นหนังสือเลมนี้ คําแนะนาํ จากนกั วจิ ัยในกลุมวจิ ยั เครอื ขายเซน็ เซอรไรสายแบบ 6LoWPAN สาขาวิชาวศิ วกรรมคอมพิวเตอร มหาวิทยาลยั ขอนแกน คุณภูริ จันทิมา, คุณภาคย สธนเสาวภาคย, คุณชาญวิช สุวรรณพงศ, คณุ จรี เกยี รติ ภบู ุญอบ และคุณวณัช พาดี ภาพประกอบจาก คณุ วิศาลศักด์ิ มณโี ชติสกุล โดยเฉพาะอยางยิง่ คุณจอมภพ สายบวั ทอง และคณุ วิภาดา สีหพนั ธ ท่ีต้งั ใจตรวจสอบ ความถูกตองของตน ฉบบั อยางละเอียด ผศ.ดร. ชัชชยั คุณบัว

สารบัญ 5 สารบญั 1. บทนาํ .................................................................................. 13 1.1 Internet of Things (IoT) ........................................................................................ 14 1.2 สมารทออบเจก็ ต (Smart Object).......................................................................... 15 1.3 สถาปต ยกรรม IoT (IoT Architecture) ................................................................. 17 1.3.1 สถาปต ยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M............................................. 17 1.3.2 The IoT World Forum (IoTWF) Standardize Architecture ............. 19 1.4 เทคโนโลยกี ารสือสาร IoT......................................................................................... 21 1.4.1 การสอื สารระยะสัน้ ......................................................................................... 22 1.4.2 การสือสารระยะไกล ....................................................................................... 23 1.5 ตัวอยางแอปพลเิ คชันของ IoT ................................................................................ 24 1.5.1 บานอจั ฉริยะ (Smart Home)....................................................................... 24 1.5.2 เมอื งอจั ฉริยะ (Smart City) ......................................................................... 25 1.5.3 สมารท เฮลทแ คร (Smart Health Care).................................................... 25 1.5.4 อุตสาหกรรม 4.0 (Industry 4.0)................................................................. 26 1.6 การคาดการณการเตบิ โต IoT และการจัดสรรรองความถ่ีในประเทศไทย ......... 27 1.7 เทคโนโลยี IoT ทีจ่ ะนําเสนอในท่นี ้ี.......................................................................... 28 1.8 สรปุ .............................................................................................................................. 30 2. พ้นื ฐานการทํางานของเน็ตเวิรก ......................................... 31 2.1 อนิ เทอรเน็ต (Internet)............................................................................................. 31 2.2 โมเดลการสือสารบนอนิ เทอรเน็ต............................................................................. 32 2.2.1 โมเดลมาตรฐาน OSI ..................................................................................... 32 2.2.2 โมเดลมาตรฐาน TCP/IP............................................................................... 35

6 IoT: สถาปต ยกรรมการสอื สาร Internet of Things 2.3 เนต็ เวริ กโทโพโลยี (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 การรองรับความนาเชือถอื และถกู ตอ งบนอินเทอรเนต็ ......................................... 46 2.8.1 User Datagram Protocol (UDP) ............................................................. 46 2.8.2 Transport Control Protocol (TCP).......................................................... 48 2.8.3 รปู แบบเซกเมนตข อง TCP (TCP Segment Format)............................ 49 2.9 สรปุ .............................................................................................................................. 50 2.10 คาํ ถามทายบท .......................................................................................................... 51 3. พื้นฐานการสอื สารแบบไรส าย............................................ 53 3.1 คลืนความถส่ี าธารณะสาํ หรับอตุ สาหกรรมวทิ ยาศาสตรแ ละการแพทย............. 54 3.2 การแพรก ระจายของสญั ญาณ (Signal Propagation)........................................ 54 3.2.1 การแพรก ระจายของสัญญาณในพ้ืนท่ีโลง (Free Space Propagation) ........................................................................ 55 3.2.2 พนื้ ฐานการลดทอนของสญั ญาณภายในอาคาร.......................................... 57 3.2.3 การแพรกระจายแบบหลายทศิ ทาง (Multipath Propagation)............................................................................ 58 3.3 สัญญาณรบกวน (Noise).......................................................................................... 59 3.4 สายอากาศประเภทของสายอากาศ ......................................................................... 61 3.5 ลงิ กบ ัดเจ็ต (Link Budget)...................................................................................... 64 3.6 ปญหาที่พบในระบบเครือขา ยไรสาย........................................................................ 65 3.7 สรปุ .............................................................................................................................. 66 3.8 คาํ ถามทายบท............................................................................................................. 67 4. ไวไฟ (Wi-Fi) ...................................................................... 69 4.1 โทโพโลยขี องไวไฟ ..................................................................................................... 70 4.2 สถาปตยกรรมของ IEEE 802.11............................................................................ 71

สารบญั 7 4.3 มาตรฐานของไวไฟ..................................................................................................... 72 4.4 ชองสญั ญาณของ IEEE 802.11 ............................................................................. 75 4.5 การทาํ งานของ MAC เลเยอร. ................................................................................. 75 4.5.1 รูปแบบเฟรม (Frame Format) ................................................................... 80 4.6 ปญ หาการใชไวไฟใน IoT .......................................................................................... 82 4.7 มาตรฐาน IEEE 802.11 ah..................................................................................... 83 4.8 ฟสคิ อลเลเยอร........................................................................................................... 83 4.9 MAC Layer................................................................................................................ 84 4.9.1 ชนิดของสเตชนั .............................................................................................. 84 4.10 การรองรับโหนดจํานวนมาก ................................................................................... 85 4.11 การประหยดั พลงั งานสาํ หรับสเตชนั แบบ TIM.................................................... 86 4.12 โมดลู ไวไฟทสี่ าํ คัญ................................................................................................... 88 4.13 การต้ังคาอุปกรณหรอื โมดูลเพอื ใชง านไวไฟ........................................................ 89 4.14 สรุป............................................................................................................................ 90 4.15 คาํ ถามทา ยบท .......................................................................................................... 90 5. บลทู ูธ (Bluetooth) ............................................................ 91 5.1 บลทู ธู คลาสสิก............................................................................................................ 92 5.1.1 สถาปต ยกรรมเน็ตเวริ กของบลทู ูธคลาสสิก................................................. 92 5.2 สถาปต ยกรรมของโปรโตคอลบลทู ธู คลาสสกิ ......................................................... 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 เพมิ่ ระยะและแบนดว ดิ ท. ...................................................... 98 5.4 ชน้ั โปรโตคอล (Protocol Stack) ของบลทู ธู พลังงานตํา่ .................................... 99 5.4.1 โฮสต (Host)................................................................................................... 99 5.4.2 คอนโทรลเลอร (Controller).......................................................................101 5.5 การใชงานบลทู ธู .......................................................................................................102 5.6 Generic Access Profile (GAP)..........................................................................103 5.7 แอตทรบิ วิ ตโปรโตคอล (Attribute Protocol: ATT) ..........................................105 5.8 Generic Attribute Profile (GATT).....................................................................107

8 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things 5.9 Logical Link Control and Adaptation Layer Protocol (L2CAP)............109 5.9.1 Maximum Transfer Unit (MTU).............................................................109 5.10 การกําหนดหมายเลขใหก บั อปุ กรณบ ลทู ูธ...........................................................111 5.11 บลูทูธแพ็กเก็ต........................................................................................................112 5.11.1 รูปแบบของแอดเวอรไทซ่งิ แพก็ เกต็ (Advertising Channel PDU) ..................................................................113 5.11.2 รูปแบบของแพ็กเก็ตขอ มูล (Data Channel PDU)..............................116 5.12 การสอื สารของบลทู ธู พลังงานตาํ่ .........................................................................118 5.13 ชวงเวลาการสอื สารของบลูทูธพลังงานต่ํา.........................................................119 5.13.1 การกาํ หนดชว งเวลาแอดเวอรไทซง่ิ ........................................................119 5.13.2 การกําหนดชว งเวลาการสแกน.................................................................120 5.13.3 การกําหนดชว งเวลาการเชอื มตอ.............................................................122 5.14 ตัวอยางโมดลู บลทู ูธ...............................................................................................124 5.15 สรุป..........................................................................................................................124 5.16 คําถามทายบท ........................................................................................................125 6. ซกิ บี (Zigbee).................................................................. 127 6.1 สถาปตยกรรมของโปรโตคอลซกิ บี ........................................................................128 6.2 องคป ระกอบของซิกบี (Zigbee Components) .................................................129 6.3 โทโพโลยีของซิกบี (Zigbee Topology) ...............................................................130 6.4 มาตรฐาน IEEE 802.15.4......................................................................................131 6.5 IEEE 802.15.4 ฟสคิ อลเลเยอร............................................................................132 6.6 IEEE 802.15.4 MAC Layer.................................................................................134 6.6.1 ประเภทของเฟรมใน IEEE 802.15.4........................................................134 6.6.2 รปู แบบทั่วไปของเฟรม.................................................................................135 6.7 ชนดิ ของอุปกรณข อง IEEE 802.15.4..................................................................137 6.8 โทโพโลยีของ IEEE 802.15.4 ...............................................................................138 6.9 โมเดลการสือสารขอ มูล (Data Transfer Model)...............................................138 6.10 โปรโตคอลอนื ๆ บน IEEE 802.15.4...................................................................139 6.11 โมดลู ซิกบี................................................................................................................140 6.12 สรุป..........................................................................................................................141 6.13 คาํ ถามทา ยบท ........................................................................................................142

สารบญั 9 7. IPv6.................................................................................. 143 7.1 เฮดเดอรของ IPv6 ..................................................................................................144 7.2 เฮดเดอรสว นตอขยาย (Extension Headers)....................................................146 7.3 แอดเดรสของ IPv6.................................................................................................147 7.3.1 ประเภทของแอดเดรสแบบยูนคิ าสต. .........................................................149 7.3.2 ประเภทของแอดเดรสแบบยูนคิ าสตอืนๆ..................................................150 7.3.3 แอดเดรสแบบแอนนีคาสต (Anycast Address)....................................150 7.3.4 แอดเดรสแบบมลั ติคาสต ............................................................................151 7.3.5 หมายเลขของอินเทอรเ ฟซ(Interface Identifiers:IID)............................153 7.4 Internet Control Message Protocol สําหรับ IPv6 (ICMPv6)....................154 7.4.1 เนเบอรด ิสคัฟเวอรีโปรโตคอล (Neighbor Discovery Protocol: NDP) .................................................156 7.4.2 การกําหนดแอดเดรสแบบออโตคอนฟก เู ลชนั (Address Auto-configuration)................................................................161 7.5 สรปุ ............................................................................................................................162 7.6 คาํ ถามทายบท...........................................................................................................162 8. 6LowPAN........................................................................ 163 8.1 ขอดขี องการกาํ หนดใหอุปกรณส ามารถรองรบั การทํางานแบบ IP Address..................................................................................164 8.2 สถาปต ยกรรมของเนต็ เวิรก ใน 6LoWPAN..........................................................165 8.3 6LoWPAN อะแดปเทชนั เลเยอร (6LoWPAN Adaptation Layer) ..........................................................................166 8.4 เฮดเดอรคอมเพรสชนั (Header Compression)...............................................168 8.4.1 Header Compression ดว ย LOWPAN_HC1 และ LOWPAN_HC2..................................................................................168 8.5 เฮดเดอรคอมเพรสชนั แบบ LOWPAN_IPHC....................................................170 8.6 สวนตอขยายของเฮดเดอรคอมเพรสชนั (IPv6 Extension Header Compression).........................................................175 8.6.1 การบบี อดั เฮดเดอรของ UDP (UDP Header Compression)..................................................................176 8.7 6LoWPAN เนเบอรดิสคัฟเวอรี (ND) ..................................................................178 8.8 สรปุ ............................................................................................................................181 8.9 คาํ ถามทา ยบท...........................................................................................................181

10 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things 9. เรา ตง้ิ โปรโตคอลสาํ หรับ 6LoWPAN............................... 183 9.1 ลิงกเ มตริกและเราต้งิ เมตริก ..................................................................................184 9.2 คณุ สมบตั พิ ้ืนฐานของ RPL....................................................................................186 9.3 กราฟอวฏั จกั รระบทุ ิศทาง (Directed Acyclic Graph: DAG)..........................186 9.4 ออบเจ็กทีฟฟงกชนั (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 การสราง DODAG...................................................................................................191 9.7 โหมดของการทํางาน (Mode of Operation: MOF)..........................................195 9.8 รูปแบบการสอื สารของ RPL ..................................................................................196 9.8.1 การทํางานแบบ Multi-Point-to-Point (MP2P) .....................................196 9.8.2 การทํางานแบบ Point-to-Multi-Point (P2MP) .....................................196 9.8.3 การทาํ งานแบบ Point-to-Point (P2P) ....................................................197 9.9 รูปแบบการทาํ งานของ 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 แพลตฟอรม ท่รี องรับการทํางานของ RPL.........................................................200 9.12 สรุป..........................................................................................................................200 9.13 คําถามทายบท ........................................................................................................201 10. เทคโนโลยี Low Power Wide Area (LPWA)............. 203 10.1 Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) ................................................204 10.1.1 สถาปต ยกรรมของ 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 การสือสารบนชอ งสัญญาณวทิ ยขุ อง NB-IoT (NB-IoT Radio Access).........................................................................209

สารบัญ 11 10.1.5 NB-IoT MAC Protocol...........................................................................210 10.2 ฟง กช ันที่สาํ คญั ของ NB-IoT ...............................................................................212 10.2.1 การจัดเก็บสถานะและเรียกคืนสถานะ ....................................................212 10.2.2 ไมรองรบั การสือสารในขณะเคลอื นที่.......................................................212 10.2.3 Extended Discontinuous Reception (eDRX)..................................212 10.2.4 โหมดประหยัดพลังงาน (Power Saving Mode: PSM)......................213 10.3 โหมดการทํางานของอุปกรณ. ...............................................................................214 10.4 อนาคตของ NB-IoT..............................................................................................215 10.5 Long Range (LoRa)...........................................................................................215 10.5.1 สถาปต ยกรรมเนต็ เวิรก LoRa..................................................................216 10.5.2 LoRa Protocol Stack.............................................................................217 10.5.3 ฟส คิ อลเลเยอร...........................................................................................218 10.5.4 พารามเิ ตอรข องฟส ิคอลเลเยอร...............................................................218 10.5.5 รปู แบบเฟรม (Frame Format)...............................................................221 10.5.6 โปรโตคอล LoRaWAN .............................................................................222 10.5.7 องคป ระกอบของ LoRaWAN เนต็ เวิรก.................................................222 10.5.8 รปู แบบของเฟรม ใน LoRaWAN (LoRaWANFrame Format) ........224 10.6 เปรยี บเทียบ NB-IoT กบั LoRa .........................................................................226 10.6.1 ชองสัญญาณเพือการสือสาร ....................................................................226 10.6.2 คุณภาพการใหบ ริการ (QoS) ...................................................................227 10.6.3 อายกุ ารใชง านและเวลาหนวง (Latency) ..............................................227 10.6.4 การขยายตัวของระบบ (Scalability) และความจุของขอ มลู (Payload).............................................................227 10.6.5 ระยะครอบคลุมของสัญญาณ...................................................................227 10.6.6 ราคา และโมดูล..........................................................................................228 10.7 สรปุ ..........................................................................................................................229 10.8 คาํ ถามทา ยบท ........................................................................................................230 11. แอปพลเิ คชนั โปรโตคอล................................................ 231 11.1 Message Queue Telemetry Transport (MQTT).........................................232 11.1.1 MQTT โมเดล.............................................................................................233 11.1.2 รปู แบบเมสเสจของ MQTT......................................................................234

12 IoT: สถาปต ยกรรมการสือสาร Internet of Things 11.1.3 ขน้ั ตอนการสอื สารใน QoS แบบตางๆ....................................................237 11.2 Constrained Application Protocol (COAP)................................................239 11.2.1 สถาปตยกรรมของ CoAP.........................................................................241 11.2.2 เฮดเดอรของเมสเสจ CoAP ....................................................................242 11.2.3 การสอื สาร CoAP ในรูปแบบตา งๆ .........................................................243 11.2.4 การจดั การกบั การสญู หายของขอมลู ........................................................244 11.2.5 การเขาถงึ ขอ มูลของโปรโตคอล CoAP ..................................................245 11.2.6 การสอื สารผานพร็อกซขี อง CoAP..........................................................245 11.2.7 การตดิ ตามการเปลี่ยนแปลงของทรพั ยากรใน CoAP (Observing Resources in CoAP) ........................................................246 11.3 เปรยี บเทียบการใชง าน MQTT และ CoAP .....................................................247 11.4 โปรโตคอลเซอรว สิ ดสิ คัฟเวอรี (Service Discovery Protocols).................248 11.4.1 Multicast DNS (mDNS).........................................................................248 11.4.2 DNS Service Discovery (DNS-SD)...................................................249 11.5 สรปุ ..........................................................................................................................250 11.6 คําถามทา ยบท ........................................................................................................250 12. เทคโนโลยี 5G................................................................ 251 12.1 เทคโนโลยี 5G........................................................................................................253 12.2 5G ในประเทศไทย ................................................................................................255 12.3 สรุป..........................................................................................................................256 เอกสารอางองิ ................................................................................................... 257 ดชั นี (Index)..................................................................................................... 267

บทนํา 1บทที่ 1 บทนาํ 13 ปจ จบุ นั แมว า การใชง านไวไฟถอื เปน การสือสารทถ่ี กู ใชง านอยา งแพรห ลาย รวมไปถงึ การประยกุ ตใชงานเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) แตดว ยไวไฟ (Wi-Fi) ถกู พฒั นา ข้ึนเพอื จุดประสงคในการรองรับอุปกรณที่ตองการการสอื สารดวยขอมูลขนาดใหญ ซึ่ง แตกตา งจากการสือสารของอปุ กรณ IoT ทสี่ อื สารดว ยขอ มลู ขนาดเลก็ เนน การใชพ ลงั งาน ตาํ่ และรองรับอุปกรณจ าํ นวนมาก ทาํ ใหการใชงานไวไฟไมต รงกับวตั ถุประสงค เนืองจาก ขอจํากดั ของแอกเซสพอยตที่ไมสามารถรองรับอุปกรณ IoT จํานวนมากได อกี ทง้ั การใช งานไวไฟยังเปน การเปดชอ งโหวเ พือใหแฮกเกอรใชเปน ชองทางเขา สเู น็ตเวิรกขององคกร ซกิ บี (Zigbee) และ บลทู ธู (Bluetooth) ถอื เปน เทคโนโลยที สี่ าํ คญั เพอื ใชร องรบั การสือสารของ IoT ทงั้ สองถกู ออกแบบเพือใหใชพ ลงั งานทตี่ าํ่ และรองรบั การเชอื มตอ โหนด จํานวนมาก โดยการทํางานของซิกบี สามารถรองรับการเชอื มตอในรูปแบบเมช (Mesh) เพอื รองรบั โหนดจํานวนมาก ในขณะทีบ่ ลูทธู ในอดีต ถกู พฒั นาใหม ีการใชพลังงานทลี่ ดลง และรองรับการเชอื มตอโหนดท่ีมีจํานวนมากได อีกหน่ึงโปรโตคอลท่ีสําคัญในกลุมนี้ไดแก IPv6 over Wireless Personal Network (6LoWPAN) ซงึ่ เปน โปรโตคอลเพือรองรบั การ สือสารของ IoT ในรปู แบบการใช IP Address เพอื การสือสารระหวา งอปุ กรณ ทําใหการ สง ขอมลู ระหวางอุปกรณบนเน็ตเวิรก ของ 6LoWPAN และอินเทอรเน็ต สามารถสือสาร ไดอยางมปี ระสิทธภิ าพ

14 IoT: สถาปตยกรรมการสอื สาร Internet of Things NB-IoT และ LoRa เปนอีกหนง่ึ เทคโนโลยที สี่ ําคญั ในการรองรบั การสือสารของ อุปกรณ IoT โดยความโดดเดนของทัง้ สองเทคโนโลยคี ือ การรองรบั การสือสารระยะไกล และการใชพ ลงั งานทตี่ าํ่ ในประเทศไทย NB-IoT ทาํ งานอยบู นเครอื ขา ยของสองผูใหบ รกิ าร ยักษใหญไดแ ก บมจ. แอดวานซ อนิ โฟร เซอรว สิ และ ทรู คอรป อเรช่ัน ทาํ ใหสะดวกใน การตดิ ตงั้ เนอื งจากทาํ งานอยบู นโครงขา ยเซลลลู ารท ่ีไดต ดิ ตง้ั ไวก อ นหนา ในสว นของ LoRa ผูใชบ รกิ ารหลกั คอื บรษิ ทั กสท โทรคมนาคม จาํ กดั (มหาชน) ซง่ึ ในชว งทผ่ี า นมาในป 2561 ไดเ รม่ิ มกี ารตดิ ตง้ั ในเมอื งใหญต า งๆ เชน ภเู กต็ เชยี งใหม และขอนแกน เปน ตน โดยคาดวา จะขยายใหท ่ัวประเทศภายในเวลา 2-3 ป จากความหลากหลายของเทคโนโลยขี า งตน เพอื ใหผ อู า นเขา ใจถงึ การทาํ งานพน้ื ฐาน รวมถงึ เขา ใจถงึ ผลกระทบทอ่ี าจเกดิ ขน้ึ เมือมกี ารนาํ แตล ะเทคโนโลยไี ปประยกุ ตใช ผเู ขยี น จะไดก ลา วถงึ พน้ื ฐานการทาํ งาน การเชือมตอ ของอปุ กรณเ พือความเขา ใจของระบบเนต็ เวริ ก ภายใตก ารทาํ งานของเทคโนโลยี IoT เพือใหเ ลอื กใชเ ทคโนโลยไี ดอ ยา งเหมาะสม และทาํ ให การสอื สารเนต็ เวริ ก เปน ไปอยางมปี ระสทิ ธิภาพ 1.1 Internet of Things (IoT) เทคโนโลยี Internet of Things (IoT)[8, 40] เปนเทคโนโลยีเพือพัฒนาประเทศไปสู การเปน Thailand Industry 4.0 เทคโนโลยีดาน IoT ถือเปนสวนหน่ึงในการสงเสริม ภาคอตุ สาหกรรม ทีจ่ ะอาศยั การเชอื มตอ การสือสารและทํางานรวมกนั ระหวางเครืองจักร มนษุ ยแ ละขอ มลู เพือเพม่ิ อาํ นาจในการตดั สนิ ใจทร่ี วดเรว็ และมคี วามถกู ตอ งแมน ยาํ สงู รวม ไปถงึ การนาํ ไปประยกุ ตใชในดา นตา งๆ ซงึ่ กอ ใหเ กดิ นวตั กรรมและบรกิ ารใหมๆ อกี มากมาย ยกตวั อยา งเชน เซน็ เซอรภ ายในโรงพยาบาลทตี่ รวจจบั การเคลือนไหวของผปู ว ย เมือผปู ว ย มกี ารเคลือนไหวหรอื ผปู ว ยลม จะสง สญั ญาณไปยงั บคุ ลากรทางการแพทยห รอื แผนกฉกุ เฉนิ เซน็ เซอรภ ายในบา นตรวจจบั การเคลือนไหวของผอู ยอู าศยั และสง สญั ญาณไปสง่ั เปด หรอื ปดสวติ ชไฟตามหอ งตา งๆ ท่มี คี นหรอื ไมม คี นอยู เปน ตน ยิ่งไปกวานั้น เทคโนโลยีดาน IoT เปน หนงึ่ ในสบิ เทคโนโลยที น่ี าจบั ตามองตามการวเิ คราะหบ รษิ ทั Gartner ทป่ี รากฏในรายงาน Gartner’s Top 10 Strategic Technology Trends for 2015 และมกี ารคาดการณว า จาํ นวน ของอปุ กรณท ่ีเชือมตอ ระบบพนื้ ฐานสําหรบั IoT จะมเี พ่มิ ข้ึนมากกวาหลายพันลา นอปุ กรณ จงึ เปนท่นี าสนใจในการเรยี นรูแ ละพฒั นานวตั กรรมเพอื ตอบสนองเทคโนโลยดี งั กลา ว

บทท่ี 1 บทนํา 15 1.2 สมารท ออบเจ็กต (Smart Object) สมารท ออบเจก็ ต[ 29, 20] ถอื เปน องคป ระกอบสาํ คญั ของ IoT สมารท ออบเจก็ ตถ กู ใช เพือเรียนรูสิ่งรอบขา ง และตอบสนองตอสง่ิ ท่ีเกดิ ขึน้ ไดอยางถกู ตอง ใน IoT ยงั รวมไปถึง ความสามารถในการสือสารผา นเนต็ เวริ ก โครงสรา งพนื้ ฐานของสมารท ออบเจก็ ต สามารถ ทําการแยกไดเ ปน 4 สวน ดังแสดงในรปู ที่ 1.1 ประกอบดวย หนวยความจาํ อุณหภมู ิความช้นื สวนรบั สง แรงดัน และอนื ๆ สญั ญาณวทิ ยุ ไมโคร คอนโทรลเลอร ADC ความถ่ี 868 MHz เซ็นเซอร ความถี่ 915 MHz และ ความถี่ 2.4 GHz เปน ตน สวนแปลงสญั ญาณ จากแอนะลอกเปนดจิ ิทัล รปู ที่ 1.1 โครงสรา งทัว่ ไปของสมารท ออบเจ็กต[ 4] 1. เซน็ เซอร (Sensor) และ/หรอื แอกชเู อเตอร (Actuator) สมารท ออบเจก็ ต ใชเซ็นเซอรและแอกชูเอเตอรเพอื รับรูการเปลี่ยนแปลงของส่ิงแวดลอม โดยเซ็นเซอรจะ ถูกใชเ พอื การตรวจวดั ในขณะที่แอกชูเอเตอรจะตอบสนองตอ สงิ่ ที่เกดิ ข้ึน Ç เซ็นเซอร (Sensor) หมายถงึ อปุ กรณเพือใชตรวจจับสภาวะตา งๆ กอ นทีจ่ ะถูก แปลงใหอยูในรปู ของดิจิทลั ปจจบุ นั เนอื งจากความกา วหนาของ Micro Electro Mechanical System (MEMS) ทาํ ใหสามารถผลติ เซ็นเซอรทมี่ ีขนาดเล็ก และ ราคาถูกลง เพือใชกับแอปพลเิ คชันอยา งแพรห ลาย ตวั อยางเซ็นเซอรที่นยิ มใช เชน เซน็ เซอรว ัดอณุ หภูมิความชื้น เปนตน รูปที่ 1.2 แสดงตัวอยา งเซน็ เซอร ท่นี ยิ มใชในปจจบุ ัน (a) เซ็นเซอรวัดกา ซคารบอนไดออกไซด (b) เซ็นเซอรวัดอุณหภูมิ รูปที่ 1.2 ตัวอยา งเซน็ เซอรท ี่นิยมใชในปจจบุ นั

16 IoT: สถาปตยกรรมการสอื สาร Internet of Things (c) เซ็นเซอรวดั อุณหภมู ิและความช้นื ในอากาศ (d) เซน็ เซอรวดั การเคลือนไหว (e) เซน็ เซอรว ดั ระยะทาง (f) เซ็นเซอรวดั ความชนื้ ในดิน รูปท่ี 1.2 (ตอ ) ตวั อยา งเซน็ เซอรท นี่ ิยมใชในปจ จบุ ัน Ç แอกชเู อเตอร (Actuator) ทาํ หนา ทร่ี บั ผลที่ไดจ ากเซน็ เซอร และตอบสนองตาม เงอื นไขท่ีกําหนด เชน ทําใหพัดลมในโรงเรือนทํางาน เมอื อุณหภูมิตํ่ากวาคาท่ี กาํ หนด รปู ที่ 1.3 แสดงการทํางานระหวา งเซ็นเซอรแ ละแอกชูเอเตอร êøüÝÝĆï 4FOTF đߥtĘđà¥tÖøŒŤ × êøüÝüéĆ .FBTVSF ÿÖõććøóêĒøüüéÝúÝĂš Ćïö ĒðúÜÙŠćĔĀšĂ÷ŠĎĔîøĎð éĉÝĉìúĆ ĒúąÖćøÿÜŠ ÿĆââćè đóęĂČ ÙüïÙčö 6ÜćTîFìGVĊę ÖM ĈXĀPîSéL ĒĂÖßđĎ ĂđêĂøŤ êĂïÿîĂÜ \"DU รูปท่ี 1.3 การทาํ งานระหวางเซ็นเซอรและแอกชูเอเตอร[ 20] 2. หนวยประมวลผล (Processor Unit) มหี นา ที่ในการประมวลผลทจี่ าํ เปน เชน การหาเสน ทางในการสงผานขอ มูลไปยังโหนดถดั ไป หนวยประมวลผลน้ี โดยท่วั ไปนยิ มใช ไมโครคอนโทรลเลอรท ่ีใชพ ลงั งานตา่ํ เพือใหอ ปุ กรณส ามารถใชง านไดในเวลาทย่ี าวนานขน้ึ

บทที่ 1 บทนํา 17 3. สวนรับสงสัญญาณคลนื วิทยุ (Transceiver) ทําหนาที่ในการรับสงขอมูล ระหวางอุปกรณ เพือทําใหเกิดการเชือมตอระหวางอุปกรณ โดยใชชองทางการสือสาร ความถ่วี ิทยุที่ไดรบั อนญุ าต ไดแก 868 MHz, 915 MHz หรือ 2.4 GHz โดยท่ีชอ งความถี่ 2.4 GHz เปน ชอ งความถ่ีที่นิยมใชม ากทสี่ ุดในขณะนี้ 4. แหลงพลงั งาน โดยทว่ั ไปสมารท ออบเจก็ ตประกอบดวยสว นตางๆ ท่ตี องอาศยั พลังงาน เพือประมวลผลและสอื สาร ปกติสมารทออบเจ็กตจะทํางานบนสภาวะท่ีมี พลงั งานจาํ กดั เชน การใชแ บตเตอรขี่ นาด AA สองกอ น หรอื แบบลเิ ธยี ม (CR2450) ดงั นนั้ สมารท ออบเจก็ ตจ าํ เปน ตอ งมกี ารใชพ ลงั งานอยา งเหมาะสม รวมไปถงึ การเขา สโู หมดสลปี (Sleep Mode) เพอื ลดการใชพ ลังงานลง 1.3 สถาปตยกรรม IoT (IoT Architecture) จากความหลากหลายในการนาํ IoT ไปประยกุ ตใชง าน ทาํ ใหม กี ารออกแบบสถาปต ยกรรม ที่หลากหลายขึ้น ไมวาจะเปน IEEE P2413[41], The Industrial Internet Reference Architecture[44], oneM2M[43] และ The IoT World Forum (IoTWF) Standardize Architecture[73] เพือเปน พน้ื ฐานการเรยี นรู ในทนี่ ข้ี อกลา วถงึ 2 สถาปต ยกรรมทน่ี าสนใจคอื สถาปต ยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M และ IoTWF ซง่ึ มกี ารแบง การทาํ งานทช่ี ดั เจน 1.3.1 สถาปต ยกรรม IoT มาตรฐานของ oneM2M oneM2M[43] เปนความรว มมือขององคกรสือสารระดบั โลก 8 องคก ร เพือพัฒนา สถาปตยกรรมรว มกนั รองรบั การทาํ งานของแอปพลิเคชันใน M2M และ IoT ในป 2012 ไดแก Ç Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) Ç Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) Ç China Communications Standards Association (CCSA) Ç European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Ç Telecommunications Industry Association (TIA)

18 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things Ç Telecommunications Standards Development Society (TSDSI) Ç Telecommunications Technology Association (TTA) Ç Telecommunications Technology Committee (TTC) oneM2M ไดต พี มิ พม าตรฐานฉบบั แรกในเดอื นธนั วาคม 2014 โดยกาํ หนดประเภท ของเอนทติ ้ี (Entity) ตามฟงกชันการทํางานสองประเภทไดแ ก Application Entity (AE) เพือกาํ หนด API ใหกับแอปพลเิ คชัน ซง่ึ แตล ะ AE ข้ึนอยูก บั ชนดิ อปุ กรณหรือเซน็ เซอร แตล ะประเภท Common Service Entity (CSE) เปน โปรโตคอล หรอื ทรพั ยากรของระบบ เพอื ใชในการประมวลผลและติดตอกับฮารดแวรโดยมาตรฐานที่กําหนดข้ึนประกอบดวย 3 เลเยอรหลัก ไดแก แอปพลิเคชัน เซอรว ิส และเน็ตเวริ ก ดงั แสดงในดงั รปู ที่ 1.4 แอปพลเิ คชนั เลเยอร one M2M Architecture AE AE AE AE AE เซอรว สิ เลเยอร CSE CSE CSE เน็ตเวริ กเลเยอร Communication Network(s) รูปท่ี 1.4 สถาปต ยกรรม IoT ของ oneM2M[43] Ç แอปพลเิ คชนั เลเยอร (Applications Layer) เพือกาํ หนดชอ งทางการเชือมตอ ระหวา งอปุ กรณแ ละแอปพลเิ คชนั รวมไปถงึ แอปพลเิ คชนั เลเยอรโปรโตคอลตา งๆ Ç เซอรวสิ เลเยอร (Services Layer) ควบคมุ การสอื สารตามความตองการของ แอปพลเิ คชนั เชน การสือสารของแอปพลเิ คชนั ที่ไมส ามารถรอ (Delay) ได จาํ เปน ตองสงใหไดตามเวลาที่กําหนด หากเปนการสือสารแบบระหวางแอปพลิเคชัน ท่ีไมค าํ นงึ ถงึ เวลาทสี่ ง ขอ มลู อาจถกู รอจนกระทง่ั การรวบรวมขอ มลู ครบถว นจงึ สง ขอ มลู ออกไป Ç เนต็ เวริ ก เลเยอร (Network Layer) เปน ชอ งทางการสือสารระหวา งอปุ กรณ IoT กบั ปลายทาง (Endpoints) ซ่งึ รวมถงึ อปุ กรณและเนต็ เวิรก ท่ีใชในการเชอื มตอ เชน IEEE 802.15.4 สําหรบั การสือสารแบบเมช (Mesh)

บทท่ี 1 บทนํา 19 1.3.2 The IoT World Forum (IoTWF) Standardize Architecture IoTWF[73] เปนโมเดลท่ีเกดิ จากความรวมมือของ Cisco, IBM และบรษิ ทั อืนๆ ในป ค.ศ. 2014 โดยโมเดลทเ่ี กดิ ขนึ้ ประกอบดว ย 7 เลเยอร ตง้ั แตเ ซน็ เซอรไปจนกระทง่ั การจดั เกบ็ ขอ มลู การเขา ถงึ ขอ มลู และการใชง านรว มกนั ของขอ มลู โดยแบง ออกตามฟง กช นั การทาํ งาน ดงั แสดงในรูปท่ี 1.5 1. อปุ กรณตา งๆ และคอนโทรลเลอร (Physical Devices & Controllers) ซง่ึ หมายถงึ Thing หรอื อปุ กรณในเทคโนโลยี IoT โดยอปุ กรณไ มจ าํ กดั ขนาด ผผู ลติ หรอื รปู แบบ ทั้งนี้สามารถเพิ่มเขาสูร ะบบไดต ลอดเวลา เชน อปุ กรณเซน็ เซอรห รอื แอกชูเอเตอรตางๆ $FOUFS  $PMMBCPSBUJPO  1SPDFTTFT *OWPMWJOH QFPQMF  CVTJOFTT QSPDFTTFT  \"QQMJDBUJPO 3FQPSUJOH BOBMZUJDT DPOUSPM *5 2VFSZ CBTFE  %BUB \"CTUSBDUJPO B%U 3BUFBTU SFB/MPUJONF \"HHSFHBUJPO  BDDFTT JO .%BPUUBJPO 3FBM UJNF  %BUB \"DDVNVMBUJPO 4UPSBHF 05  &EHF 'PH $PNQVUJOH EBUB FMFNFOU BOBMZTJT  USBOTGPSNBUJPO &WFOU CBTFE  $POOFDUJWJUZ DPNNVOJDBUJPO  QSPDFTTJOH VOJUT  1IZTJDBM %FWJDF  $POUSPMMFST &EHF รปู ท่ี 1.5 สถาปต ยกรรม The IoT World Forum (IoTWF)[73] 2. การเชือมตอ (Connectivity) เปน การสอื สารและการเชือมตอ ระหวา งอปุ กรณ ตา งๆ ทเ่ี กดิ ขน้ึ จากอปุ กรณภ ายในองคก รเดยี วกนั หรอื ระหวา งองคก ร โดยโมเดลมาตรฐาน กาํ หนดโดย International Standards Organization (ISO) เปนสวนหน่งึ ของการทาํ งาน ในเลเยอรนี้ เพือใหอุปกรณสามารถติดตอสอื สารกันไดอยางมีประสิทธิภาพ ไมวาจะ รองรบั การสือสารในรปู แบบของ IP Address เชน ไวไฟ (Wi-Fi) หรอื การสอื สารแบบไมใช IP Address เชน ซิกบี (Zigbee) หรือ บลทู ูธ (Bluetooth) ซง่ึ มีความจาํ เปน ในการสือสาร ผานเกตเวยเพอื สงขอมูลเขาสูอนิ เทอรเนต็ ตอไป

20 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things 3. การประมวลผลและสงั่ งานอปุ กรณ (Edge Computing) ความหลากหลาย ของขอ มูลท่ีไดรับจากการทํางานของอปุ กรณผ า นการสอื สารท่ีเกดิ ขึ้น ไมว าจะเปน จากการ ตรวจวดั สภาพอากาศ การตรวจวดั การทาํ งานของเครืองจกั รในโรงงาน ในสว นนจี้ ะทาํ หนา ที่ จดั การขอ มลู ท่ีไดร บั ใหอ ยใู นรปู แบบทสี่ ามารถจดั เกบ็ และประมวลผลตอ ไปได โดยมตี วั อยา ง การทํางานของเลเยอรน ้เี ชน Ç การประเมินผล (Evaluation) ทําการประเมินขอมูล ควรจะถูกประมวลผล ในเลเยอรถดั ไปหรอื ไม Ç การจดั รูปแบบขอ มูล (Formatting) ทําการจัดรปู แบบขอมลู ใหเ หมาะสม เพอื การประมวลผลในเลเยอรถ ดั ไป Ç การขยาย/ถอดรหสั ขอ มลู (Expanding/Decoding) ทาํ การตคี วามขอ มลู ท่ีไดร บั Ç กลน่ั กรอง/ลดขนาดขอ มลู (Distillation/Reduction) ทําการจดั การกับขอมูล ดวยการตดั ออก หรือลดขนาดขอ มูล เพอื ใหทราฟฟก ในเน็ตเวริ กลดลง รวมถึง การลดผลกระทบกับการประมวลผลในเลเยอรถัดไป Ç การประเมนิ ผลขอมูล (Assessment) ทาํ การประเมนิ ขอมลู อยูในเกณฑท ่ีตอง ตรวจสอบหรือแจง เตอื น รวมไปถงึ การจดั สง ขอ มูลไปยงั อปุ กรณอ นื 4. การเก็บรวบรวมขอ มูล (Data Accumulation) เปน การจัดเกบ็ ขอ มลู เพอื การนําไปใชงาน เชน ขอมูลท่ีไดรับจากเซ็นเซอรอุณหภูมิและความช้ืนของระบบสมารท ฟารม จะถูกจัดเก็บเพอื นําไปวิเคราะหการทํางานของระบบในภายหลัง โดยการทํางาน ของเลเยอรน ้ี จะทาํ การรวบรวมขอ มลู ท่ีได (Event-based) เพอื ใหอ ยูในรปู แบบของขอ มลู ทสี่ ามารถนาํ ไปใชง านภายหลงั (Query-based) เชน การจดั เกบ็ ลงในฐานขอมูล เปน ตน 5. การคัดยอขอมูล (Data Abstraction) จากความหลากหลายของขอมูล ในเทคโนโลยี IoT ทาํ ใหในสว นนมี้ งุ เนน ทกี่ ารแสดงผลขอ มลู และการจดั เกบ็ ขอ มลู ในรปู แบบ ทชี่ วยใหง า ยตอการจัดการ และใหแอปพลิเคชนั นําไปใชไดอยางมปี ระสทิ ธิภาพ ในสว นน้ี ประกอบไปดว ย การรวบรวมขอ มลู ทหี่ ลากหลายจากอปุ กรณท แ่ี ตกตา ง เพอื แปลงใหอ ยูใน รปู แบบเดยี วกนั การแจง เตอื นในเลเยอรถ ดั ไป เมือขอ มลู พรอ มตามที่ไดก าํ หนดไว การปอ งกนั ขอ มลู ดว ยการพสิ จู นท ราบตวั ตน (Authentication) และการอนญุ าตใชง าน (Authorization) ทเี่ หมาะสม เปนตน รวมไปถงึ การทําอินเดก็ ซ (Index) เพอื การเขาถึงขอมูลอยา งรวดเร็ว 6. แอปพลิเคชนั (Application) แอปพลเิ คชนั ตา งๆ ที่ใชในการแสดงผลหรอื ควบคมุ โดยอาศัยขอมลู ท่ีไดร บั จากเลเยอรกอ นหนา

บทท่ี 1 บทนาํ 21 7. การทาํ งานรว มกนั และประมวลผล (Collaboration & Processes) เปน เลเยอรส งู สดุ ท่ีใหผ ูใชส ามารถนาํ เอา IoT ไปใชป ระโยชนแ ลกเปลยี่ นขอ มลู และการนาํ ขอ มลู เพือไปวิเคราะหในดานตา งๆ 1.4 เทคโนโลยีการสือสาร IoT จากความหลากหลายของเทคโนโลยีการสือสารไรสายในปจจุบัน เมือพิจารณาการ สือสารทเี่ กิดขนึ้ กบั ระยะทางเพือรองรับการทาํ งานของ IoT สามารถแบง ออกเปน สองกลมุ หลัก[72] คือ กลุมท่ีสอื สารระยะส้ัน เพือใชเชือมตอระหวางอุปกรณภายในบริเวณหน่ึงๆ ระยะทางไมเกิน 1,000 เมตร และกลุม การสือสารระยะไกล ทม่ี รี ะยะการสอื สารมากกวา 1,000 เมตรขนึ้ ไป โดยกลมุ การสือสารระยะไกลสามารถแบง ออกไดอ กี เปน สองกลมุ ยอ ยคอื กลมุ ที่ใชค วามถแี่ บบไดรบั ใบอนญุ าต (Licensed) เชน NB-IoT และกลุมท่ีใชคลนื ความถี่ แบบยกเวนใบอนุญาต (Unlicensed Spectrum) เชน LoRa การใชงานในแตละกลุม ขน้ึ อยกู บั แอปพลเิ คชนั และความตอ งการในเนต็ เวริ ก นนั้ ๆ รปู ที่ 1.6 แสดงรปู แบบการสอื สาร แบบตา งๆ  #MVFUPPUI -&  ;JHCFF  /'$ &.7  5ISFBE -P81\"/  BCOBD  3'*%  ;  8BWF  BG XIJUF TQBDF  \"/5+  BI  Q  8JSFMFTT )\"35  *4\" B -P81\"/  &O0DFBO    8J  46/ -P81\"/  ;JH#FF  /\"/ -P81\"/ 1SPYJNJUZ 8J\"SFSFMF B8T/T1F\"1UF/XS TPPSOLBM 8\"SJSFF B8MF/-TFT\"U/-XP PDSBLM 8\"JSSFFC BM8PFS/T/ITF\"PU//PXFE PJHSIL 8\"SJFS FB8MF/8TFT\"U/X8 PJESLF  $FMMVMBS  (((  -5&  .5$  ( JO UIF GVUVSF  -PX 1PXFS 8JEF \"SFB -184\"*( '09  -P3B  5FMFOTB  15$    đöêø  đöêø  đöêø  Öēĉ úđöêø  Öēĉ úđöêø รปู ที่ 1.6 รูปแบบการสือสารรองรับเทคโนโลยี IoT เทียบกับระยะทาง[77]

22 IoT: สถาปต ยกรรมการสือสาร Internet of Things 1.4.1 การสือสารระยะสน้ั Proximity เปนการสอื สารระยะใกลในระยะไมเกิน 10 เมตรโดยประมาณ ซ่ึงเทคโนโลยีหลักในกลุมนี้ไดแก Near-field Communication (NFC) ตามมาตรฐาน ISO 14443 ทคี่ วามถ่ี 13.56 MHz ตวั อยา งการใชง านท่ีนยิ ม เชน เพือใชในการตดิ ตาม สินคา การเขาออกอาคาร เปนตน อีกหน่ึงเทคโนโลยีหลักไดแก Radio Frequency Identification (RFID) เพือใชระบุขอมูลสินคาโดยใชคลนื ความถ่ีวิทยุในระบบขนสง (Logistics) และการนาํ RFID ไปใชง านแทนบารโคด (Barcode) Wireless Personal Area Network (WPAN) เทคโนโลยีหลกั ในกลมุ นี้ไดแ ก บลูทูธ (Bluetooth) และซิกบี (Zigbee) ท้งั น้ี บลูทูธเปน เทคโนโลยีท่ีไดรับความนยิ มอยาง มาก สําหรับการสอื สารระยะใกล เชน เมาส คียบอรด และใชเพอื การสอื สารระหวาง สมารท โฟนกบั อปุ กรณภ ายนอก เชน เฮดเซต (Headset) และสมารท วอตช (Smart Watch) เปน ตน เพือรองรบั IoT ไดม กี ารพฒั นาบลทู ธู เพอื ลดการใชพ ลงั งานของการสือสารลง เพอื ใหสามารถทํางานไดนานขึ้น รวมถึงการสือสารในระยะทางท่ีมากขึ้น ซิกบีเปนเทคโนโลยี สาํ คญั ท่ีไดร บั ความนยิ มอยางมากในแอปพลเิ คชนั เชน สมารท โฮม (Smart Home) และ สมารทเอ็นเนอรยี่ (Smart Energy) เปนตน นอกเหนือจากน้ี ยังมีโปรโตคอลอืน ไดแ ก WirelessHart และ ISA100.11a สามารถสอื สารผา นอนิ เทอรเ นต็ ผา น IPv6 บนโปรโตคอล ท่ีเรียกวา IPv6 over Low-power WPAN (6LoWPAN) ซึ่งถูกพัฒนาข้ึนเพอื กําหนด รูปแบบและมาตรฐานการสอื สารของ IPv6 บนมาตรฐาน IEEE 802.15.4 Wireless Local Area Network (WLAN) WLAN หรอื ไวไฟ (Wi-Fi) ถอื เปน การ สือสารไรส ายที่ไดรบั ความนิยมอยางมาก ปจจบุ ัน IEEE 802.11 a/b/g/n เปนมาตรฐานที่ ถกู ใชงานอยา งแพรห ลายที่ความถ่ี 2.4 GHz นอกจากน้ียังไดม กี ารกําหนดมาตรฐาน IEEE 802.11ac ท่คี วามถ่ี 2.4 และ 5 GHz และมาตรฐาน IEEE 802.11ad ที่ความถ่ี 60 GHz เพือรองรับแอปพลิเคชันที่ตองการแบนดวิดทที่สูงข้ึน อยางไรก็ตาม เนอื งจากอุปกรณ IoT ไมมีความจาํ เปน ตองใชแ บนดวิดทท ่สี งู ทําใหมีการพัฒนามาตรฐาน IEEE 802.11ah ที่ความถี่ 902-928 MHz เพือลดการใชพลังงาน และลดความเร็วในการสงขอมูลลง แตสามารถสือสารในระยะทางท่เี พมิ่ มากขนึ้ เพือตอบสนองการใชงานของอุปกรณ IoT

บทท่ี 1 บทนํา 23 1.4.2 การสอื สารระยะไกล Wireless Neighborhood Area Network (WNAN) เปนเทคโนโลยที ี่อยู ระหวา งการเชอื มโยงระหวา งการเชือมตอ ของอปุ กรณท มี่ กี ารสือสารระยะสน้ั และระยะไกล ตวั อยางโปรโตคอลท่สี าํ คัญในกลมุ นี้ไดแก Wi-Smart Utility Network (Wi-SUN) และ Zigbee-NAN บนมาตรฐาน IEEE 802.15.4g การใชงานของ Wi-SUN เพอื รองรบั การ สือสารไรส ายความเรว็ ตาํ่ ในพนื้ ทกี่ วา ง ท่ีไมม กี ารสรา งโครงขา ยพน้ื ฐานรองรบั เพือการสือสาร ของอปุ กรณส มารท มเิ ตอร (มเิ ตอรน าํ้ , มเิ ตอรไฟฟา ) เปน ตน สว นโปรโตคอล Zigbee-NAN ถกู ออกแบบมาเพอื รองรบั การบริหาร และการใหบ ริการดานระบบโครงขา ยไฟฟา อจั ฉริยะ หรือสมารทกริด (Smart Grid) Wireless Wide Area Network (WWAN) กลมุ WWAN ซ่ึงหมายถึงต้ังแต กลุมการสือสารในระบบเซลลูลาร (Cellular) เดิม และกลุมใหมท่ีเรียกวา Low Power Wide Area (LPWA) เพอื รองรับการสือสารความเรว็ ต่ํา มีอายุการใชง านแบตเตอรท่ี ีย่ าว และสามารถเชือมตออุปกรณในระยะท่ีไกล ในที่นี้สามารถแบงออกไดเปนสองกลุมยอย ตามรูปแบบการใชส เปกตรมั ไดแ ก Ç กลมุ คลืนความถแ่ี บบไดร บั ใบอนญุ าต (Licensed Spectrum หรอื Cellular) การสอื สาร GSM, WCDMA, LTE และ 5G หรอื ถกู เรยี กรวมกันวา เทคโนโลยี 3GPP (Third Generation Partnership Project) เปน การสอื สารบนคลืนความถี่ แบบไดร บั ใบอนญุ าต (Licensed Spectrum) มจี ดุ ประสงคเ พอื รองรบั การสือสาร ดานเสียงและการสอื สารขอมูลความเร็วสูง แตปจจุบันไดมีการนําเทคโนโลยี NB-IoT มาใชเ พือรองรบั การสอื สารความเรว็ ตาํ่ มอี ายกุ ารใชง านแบตเตอรที่ น่ี านขนึ้ และสามารถสอื สารไดในระยะมากกวา 10 กิโลเมตร Ç กลมุ คลนื ความถแี่ บบยกเวน ใบอนุญาต (Un-licensed Spectrum) ตัวอยาง ในกลุมนี้ไดแก LoRa และ SIGFOX ถูกพัฒนาข้ึนเพอื รองรับการทํางานบน แอปพลเิ คชนั การสือสารระหวา งเครอื งจกั รกบั เครอื งจกั ร Machine-to-Machine (M2M) เพือรองรับการสอื สารท่ีใชพลังงานต่ํา และระยะทางการสือสารที่ไกล โดยมีชอื เรียกอยา งเปน ทางการวา Machine-type Communication (MTC)

24 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things 1.5 ตวั อยา งแอปพลเิ คชนั ของ IoT การพฒั นาเทคโนโลยี IoT ไดม กี ารนาํ ไปใชในแอปพลเิ คชนั หลายระบบ โดยทแี่ ตล ะ ระบบมคี วามตอ งการทีแ่ ตกตางกัน ขึ้นอยูกับลักษณะการทาํ งาน รวมไปถงึ ความตอ งการ ในการสง ขอ มลู ขนาดของขอมลู ในท่นี ีย้ กตวั อยางแอปพลเิ คชันในรปู แบบตา งๆ ท่ีสําคญั ไดแก 1.5.1 บา นอจั ฉริยะ (Smart Home) ไอเดียของบานอจั ฉรยิ ะ ถกู พฒั นาขึน้ เพอื เชอื มตออปุ กรณต า งๆ เขาสูอินเทอรเนต็ โดยใชข อ มลู ที่ไดร บั จากเซน็ เซอรโดยจดุ ประสงคเ พอื เพมิ่ คณุ ภาพชวี ติ ใหด ขี นึ้ ดว ยการเพมิ่ ความสะดวกในการควบคุม และตรวจสอบสถานะตางๆ ท่ีเกิดขึ้นในบาน ซ่ึงท้ังน้ียังรวม ไปถึงการเพ่ิมประสิทธิภาพของการใชพลังงาน โดยการเปด/ปดตามสถานะที่ตั้งไว และ การควบคุมการทํางานอุปกรณตางๆ แบบระยะไกล นอกจากน้ียังมีการพัฒนาโครงการ บา นอัจฉริยะ เพือจดุ ประสงคของการดูแลผูสูงอายดุ ังแสดงในรูปท่ี 1.7 รูปท่ี 1.7 ตวั อยา งโครงการบา นอจั ฉรยิ ะเพอื ดูแลผูส งู อายโุ ดยมหาวิทยาลยั ขอนแกน (ทุนวิจัย สกว.)

บทท่ี 1 บทนํา 25 1.5.2 เมืองอจั ฉริยะ (Smart City) เมอื งอจั ฉรยิ ะ (Smart City) เปน อกี หนง่ึ ระบบเพอื ยกระดบั ใหป ระชาชนมคี วามเปน อยู ท่ีดีขึ้น ซ่ึงจําเปนตองอาศัยการเชือมตอของอุปกรณตางๆ จํานวนมาก เพอื รองรับระบบ สาธารณูปโภคตา งๆ เชน การจัดการระบบขนสง มวลชน การจัดการดานพลังงาน และการ จดั การดา นสง่ิ แวดลอ ม LoRa และ NB-IoT ถอื เปน เทคโนโลยที ส่ี าํ คญั เพือรองรบั การสอื สาร ของเมืองอัจฉริยะ เมืองอัจฉริยะของจังหวัดภูเก็ต ถือเปนตัวอยางการใชงานเทคโนโลยี ที่หลากหลายดังแสดงในรปู ที่ 1.8 รปู ท่ี 1.8 ตวั อยา งโครงการเมืองอจั ฉรยิ ะของจงั หวัดภูเกต็ โดยมหาวิทยาลยั สงขลานครนิ ทร และความรว มกบั หนวยงานตา งๆ 1.5.3 สมารทเฮลทแคร (Smart Health Care) การเกดิ ขนึ้ ของ IoT ทาํ ใหเ กดิ ประโยชนเ พอื การดแู ลรกั ษาอยา งมาก ปจ จบุ นั อปุ กรณ สวมใสเ พอื วดั อณุ หภมู กิ ารเตน ของหวั ใจมกี ารใชอ ยา งกวา งขวาง ทาํ ใหส ามารถตดิ ตามสถานะ ของคนไขไดอยา งตอ เนือง สามารถนําผลท่ีไดม าวิเคราะหเ พอื ตอ ยอดการรักษา ตัวอยา ง การพฒั นาโครงการสมารทเฮลทแ ครดังแสดงในรปู ที่ 1.9

26 IoT: สถาปตยกรรมการสือสาร Internet of Things รปู ท่ี 1.9 ระบบดูแลผสู งู อายุและการพัฒนาระบบนเิ วศเขตเมอื งสาํ หรบั ผสู งู อายุ ภายใตโครงการ โครงสรา งพื้นฐานดิจิทลั เพือการพัฒนาเศรษฐกิจดิจิทลั ทย่ี ง่ั ยนื โดยมหาวิทยาลยั ธรรมศาสตร 1.5.4 อตุ สาหกรรม 4.0 (Industry 4.0) การใชง านของ IoT ในโรงงานอตุ สาหกรรม แตกตา งจากบา นอจั ฉรยิ ะ (Smart Home) และเมืองอัจฉริยะ (Smart City) เนอื งจากตองการความถูกตองและแมนยํา รวมถึง ความตองการความหนวงเวลา (Delay) ที่ต่ํา เชน ในระบบการควบคุมการทํางานของ เครอื งจกั ร การควบคุมสภาพแวดลอมในฟารมสมยั ใหม นอกเหนือจากนน้ั ยังตอ งรองรบั ความแตกตา งของอุปกรณจ ากผผู ลติ ท่หี ลากหลาย และความแตกตางของโปรโตคอลที่ใช ตวั อยา งการพฒั นาโครงการควบคมุ สภาพแวดลอ มในฟารม สมยั ใหมด งั แสดงในรปู ท่ี 1.10 รปู ที่ 1.10 ตัวอยา งโครงการสมารทฟารม โดยมหาวทิ ยาลยั ขอนแกน (ทนุ วิจัย สนพ.)

บทที่ 1 บทนาํ 27 1.6 การคาดการณการเตบิ โต IoT และการจัดสรร ชอ งความถ่ีในประเทศไทย เพอื การนําพาประเทศไปสูโมเดล Thailand 4.0 ประเทศไทยไดมีการเคลือนไหว อยางตอเนอื งท้ังภาครัฐและเอกชน จะเห็นไดจากการประกาศใหมีการใชงานคลืนความถ่ี 920-925 เมกะเฮิรตซในแบบยกเวนใบอนุญาต (Unlicensed) ตั้งแตเดือนพฤศจิกายน 2560 เพือรองรับเทคโนโลยี IoT ในประเทศไทย โดยคณะกรรมการกิจการกระจายเสยี ง กิจการโทรทัศนและกิจการโทรคมนาคมแหงชาติหรือ กสทช. ปจจุบันความถ่ีท่ีไดรับการ จดั สรรความถ่ดี งั แสดงในรูปที่ 1.11 โดยมชี องสัญญาณเพือรองรับโครงขา ยผา นโครงขาย โทรศัพทเคลือนที่จํานวน 3 ยานความถี่ และการใชงานแบบยกเวนใบอนุญาตอีกจํานวน 8 ยานความถี่[1] นอกเหนือจากนี้ จากการคาดการณในประเทศไทย 3-5 ปข า งหนา จะมีการเตบิ โต อยา งมากใน 4 ภาคธรุ กิจไดแกภาคการผลติ (Factory) เมอื งอัจฉรยิ ะ (City) การคาปลกี และเทคโนโลยีการเงิน (Retail) และ ภาคการขนสง และโลจิสติกส (Logistics)[1] โดย ตารางท่ี 1.1 แสดงเปรยี บเทยี บการประมาณการมลู คา ทางเศรษฐกจิ ของ IoT ในประเทศไทย รปู ที่ 1.11 การกําหนดคลืนความถี่ในประเทศไทยรองรบั IoT[1]

28 IoT: สถาปตยกรรมการสอื สาร Internet of Things ตารางที่ 1.1 เปรยี บเทยี บการประมาณการมลู คา ทางเศรษฐกจิ ของ IoT ของประเทศไทย (ท่มี าจาก[1]) ภาคธุรกจิ ป 2561 (ลา นบาท) ป 2565 (ลา นบาท) การเปล่ียนแปลง ภาคการผลิต (Factory) 1,145 2,374 +1,229 ระบบการจดั การเมือง (City) 880 1,825 +945 ภาคการขนสง และโลจสิ ตกิ ส (Logistics) 530 1,099 +569 ภาคการคา ปลีก (Retail) 388 804 +416 ภาคยานพาหนะ (Vehicle) 199 412 +213 ระบบการจดั การในบา น (Home) 189 392 +203 ระบบสาธารณสุข (Human) 161 334 +173 ภาคการกอ สราง (Worksite) 151 314 +163 ระบบการจัดการสาํ นักงาน (Office) 66 137 +71 รวม 3,709 7,691 +3,982 1.7 เทคโนโลยี IoT ทจี่ ะนาํ เสนอในทน่ี ้ี เพือใหเกดิ การใชง านอยางถกู ตอง ในประเทศไดมกี ารนําเทคโนโลยี IoT มาใชก ัน อยางแพรหลาย จากภาคการศึกษาไปจนถึงภาคอุตสาหกรรม นอกจากน้ียังมีในสวนของ Maker Club โดยในหนงั สอื เลมน้ี จะกลาวถงึ เทคโนโลยที ่นี ิยมใชในปจ จุบัน ซึ่งในท่ีนจี้ ะได กลา วถึงเทคโนโลยที ี่สาํ คญั ตางๆ ไดแก ไวไฟ (Wi-Fi) เทคโนโลยีที่ไมส ามารถมองขา มได ซึง่ อาจกลา วไดวา เปนเทคโนโลยี IoT ท่ีใกลต วั มากทส่ี ดุ และปจ จบุ นั คาดวา มกี ารนาํ ไปใชง าน IoT มากทสี่ ดุ เชน กนั เนืองจาก ความสะดวก และการจัดหาอปุ กรณส ามารถทาํ ไดง าย บลทู ธู (Bluetooth) บลทู ธู ถกู ออกแบบมาเพือความสะดวกในการเชือมตอ ในรปู แบบ ทเี่ รยี กวา Wireless Personal Network (WPAN) หรอื เครอื ขา ยไรส ายสว นบคุ คล เชือมตอ การสือสารระหวางคอมพิวเตอรและอุปกรณรอบขาง เชน เมาส คียบอรด ดวยกระแส IoT ท่ีเพ่ิมข้ึน บลูทูธถูกพัฒนาใหลดการใชพลังงานลง เพิ่มระยะทางการสอื สารมากข้ึน จนกระทง่ั การพฒั นาเพือเชอื มตอ ในรูปแบบเมช (Mesh) เพอื ตอบรับการการใชงาน IoT

บทที่ 1 บทนาํ 29 ซิกบี (Zigbee) ถูกออกแบบมาเพอื รองรับการสือสารที่ไมตองการแบนดวดิ ทท ี่สูง ประหยดั พลังงาน สามารถสือสารในระยะที่ไกล เรยี กวา Low-Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN) ซกิ บไี ดร ับความนิยมอยา งมากดว ยการเชอื มตอกบั เซ็นเซอร ตรวจวัดสภาพแวดลอม ทํางานในรูปแบบที่เปนเครือขายเรียกวา Wireless Sensor Network (WSN) ถอื วาเปนจุดเร่มิ ตนที่ทําใหเ กิดสมารท ออบเจ็กต 6LoWPAN การใช IP Address ถือเปนการสือสารมาตรฐานในอนิ เทอรเ น็ต โดย การพัฒนามาอยางตอเนอื งเพือใหมีประสิทธิภาพ สามารถรองรับอุปกรณจํานวนมากได 6LoWPAN ชว ยใหก ารสือสารของอปุ กรณต า งๆ สามารถสอื สารผา น IP Address ไดเ พอื ใช ประโยชนจ ากความหลากหลายของโปรโตคอลท่ีมอี ยูแลว โดยถูกพฒั นาเปน สว นหน่งึ ของ โปรโตคอลของซิกบแี ละบลูทูธ เพือรองรับการสอื สารบนอนิ เทอรเน็ตตอไป NB-IoT เปนการตอบรับจากเทคโนโลยีเซลลูลารเพอื การใชงาน IoT ดวยความ ตองการการสือสารของ IoT ระยะไกล แตไมจ าํ เปน ตอ งใชการสือสารขอ มลู ทีส่ ูงมาก การ พฒั นา NB-IoT เพือรองรบั การสอื สารในรปู แบบดงั กลา ว รวมไปถงึ การลดการใชพ ลงั งานลง เพอื ใหร องรบั การใชงานทีย่ าวนานข้นึ ถงึ 10 ปในเทคโนโลยที ่ีเรยี กวา LPWA LoRa เปนอกี หนึ่งเทคโนโลยขี อง LPWA เชน เดยี วกับ NB-IoT ความแตกตางที่ เหน็ ไดช ดั คอื NB-IoT จะใชง านบนโครงขา ยระบบเซลลลู ารท ตี่ อ งไดร บั อนญุ าตเทา นนั้ สว น ของ LoRa จะใชบ นชองสัญญาณแบบยกเวน ใบอนุญาต ตารางที่ 1.2 แสดงความแตกตา งพ้ืนฐานของแตละเทคโนโลยี เทคโนโลยี ชวงความถ่ี ระยะสือสาร ความเรว็ ของการสง ขอ มลู แบนดว ิดทข องชองสญั ญาณ ซิกบี 868 MHz, 915 MHz < 1 กโิ ลเมตร 250 kbps 2 MHz และ 2.4 GHz ไวไฟ 22 MHz บลทู ธู 2.4 GHz และ 5 GHz 100 เมตร 54 Mbps 2 MHz LoRa 125, 250 หรือ 500 kHz NB-IoT 2.4 GHz 50 เมตร 2 Mbps 180 kHz 868 และ 915 MHz 15 กม. 50 kbps ข้นึ อยกู บั โหมด 10 กม. DL:234.7 kbps/UL:204.8 kbps

30 IoT: สถาปต ยกรรมการสอื สาร Internet of Things แอปพลิเคชนั โปรโตคอลสาํ คญั สาํ หรบั IoT นอกเหนอื เทคโนโลยี IoT ในท่นี ย้ี งั ไดกลาวถงึ อกี 2 แอปพลเิ คชนั โปรโตคอลสําคญั ไดแก 1. Message Queue Telemetry Transport (MQTT) อาศัยหลกั การทํางาน ของพบั บลชิ /ซับสไครบ (Publish/Subscribe) เพือลดความยงุ ยากและเพม่ิ ความยืดหยุน (Flexibility) ในการพฒั นาระบบ โดย MQTT สามารถรองรบั คณุ ภาพการใหบรกิ าร (Quality of Server: QoS) ไดถ ึง 3 ระดบั 2. Constrained Application Protocol (CoAP) ถกู ออกแบบมาสาํ หรบั อปุ กรณ IoT ทมี่ ที รพั ยากรจาํ กดั ดว ยการสอื สารในรปู แบบคลา ยกบั การทาํ งานของโปรโตคอล HTTP แตท ํางานอยูบ นโปรโตคอล UDP แทนการทาํ งานบนโปรโตคอล TCP บน HTTP 1.8 สรุป ปจ จบุ นั เทคโนโลยไี ดเ ขา มามบี ทบาทอยา งมากในชวี ติ ประจาํ วนั จนไมส ามารถหลกี เลยี่ งได ดวยความหลากหลายของเทคโนโลยี ทําใหความเขาใจและการเลือกใชอยางเหมาะสม ถือเปนส่ิงสําคัญ ท่ีจะทําใหการนําไปใชไดอยางเหมาะสมในแตละสภาพแวดลอม โดยใน บทนี้เราไดกลาวถึงภาพรวมของเทคโนโลยีท่ีเกิดขึ้น ความแตกตางของแตละเทคโนโลยี เพือใหส ามารถนําใชไดอยา งถกู ตอ ง