پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا

قبل از آشنایی و شناخت پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا، بهتر است ابتدا با مفهوم کلمه پروتکل(Protocol) آشنا شویم. این لغت در زبان فارسی به “شیوه نامه” معنا می شود. در حوزه علوم کامپیوتر، به مجموعه ای از قوانین و استانداردها گفته می شوند. این قوانین و مقررات جهت تبادل داده، ارسال و دریافت پیام، بین دستگاه های موجود در شبکه های کامپیوتری با ساختارهای متفاوت مورد استفاده قرار می گیرند که این پروتکل های ارتباطی در شبکه های کامپیوتری از نظر فناوری به پنج گروه تقسیم می شوند.

WiFi     Satellite     Bluetooth       USB         RFID/NFC

که این قواعد و استانداردهای ارتباطی در بیشتر کنترولرها، دستگاه ها، دروازه های ارتباطی،محصولات و درخواست ها در نظر گرفته می شود. قبل از هر چیز بهتر است مرور و آشنایی، با محدوده فرکانسی امواج در برنامه های کاربردی اینترنت اشیا داشته باشیم.

این پروتکل های ارتباطی به 7 بخش تقسیم می شوند که همه آنها بر محور محرمانگی و امنیت هستند و به ترتیب شامل بخش اتصالات فیزیکی، پروتکل های پیوند داده، نقل و انتقال، پروتکل های برنامه های کاربردی، پردازش و تجمیع داده، پروتکل های ذخیره سازی داده و تحلیلی می شوند.

1. بخش اتصالات فیزیکی

در این بخش استانداردهای ارتباطی تعریف می شوند.

• اتصال Rj-45 سیمی، از نوع استاندارد Registered Jack 45 استفاده می شود.
• اتصال بیسیم(Wireless) یک فناوری برد کوتاه است که جایگزین اترنت شده است و در محیط های داخلی و اتوماسیون ساختمان، خانگی و مدیریت مصرف انرژی استفاده می شود.
• استاندارد صنعتی USB که با تعریف چندین لایه پروتکل و وجود ICهای کنترل کننده به عنوان یک گذرگاه میزبان محور شناخته شده است.
• پروتکل RS-485 که یک استاندارد الکتریکی با استفاده از یک باس دیفرانسیل با سطوح ولتاژ بین 0 الی 5 ولت است.
• وجود رابط محیطی سریال SPI که برای ارتباطات سریال همزمان، مورد استفاده واقع می شود. معمولا ذر ارتباطات سیمی کوتاه بین مدارات یکپارچه دستگاه ها قرار داده می گیرد.
• یکی از پر کاربردترین پروتکل های ارتباطی دستگاه به دستگاه به نام UART شناخته می شود که به گیرنده – فرستنده ناهمزمان معروف است.
• برای اتصال ICهای جانبی با سرعت پایین تر به پردازنده ها و میکروکنترلرها در ارتباطات داخل برد کوتاه یا فاصله کوتاه، از پروتکل I2C یا IIC استفاده می شود. این پروتکل به گذرگاه ارتباطی همزمان معروف است.
• پروتکل RS-232، یک استاندارد ارتباط سریال است که توسط انجمن صنعت الکترونیک(EIA) و انجمن صنعت ارتباطات از راه دور(TIA) توسعه یافته است.

2. پروتکل های پیوند داده

در این بخش استانداردهای پیوند داده تعریف می شوند.

• اترنت(Ethernet)، در سیستم IoT برای اتصال دستگاه های ثابت استفاده می شود. مانند اتصال شبکه های حسگر در صنعت، مدارهای کنترل لوازم خانگی در بحث هوشمندسازی خانگی و یا دستگاه های IoT در یک اتوماسیون اداری. سرعت انتقال داده به نوع کابل بستگی دارد و حدود 10 گیگابیت بر ثانیه است که با تاخیر کم، مناسب برای کاربران IoT در اشتراک دستگاهی و یا مکانی قرار دارند.
• بلوتوث(Bluetooth)، استاندارد بیسیم است و در شبکه های منطقه ای شخصی(PAN) با امنیت بالا کاربرد دارد. نسخه کم مصرف آن به نام(Bluetooth Low Energy)BLE که به بلوتوث 4.0 معروف است برای انتقال داده با سرعت بالا در حدود 1 مگابیت بر ثانیه طراحی شده است. با در نظر گرفتن توپولوژی ستاره ای دستگاه ها با برد حدود 100 متر و به دلیل زمان اتصال کوتاه و سرعت بالا در شبکه PAN قابلیت اجرای مناسبی دارد.
• وایفای (Wireless Fidelity) Wi-Fi، یک پروتکل ارتباطی داده است که مختص شبکه های محلی بیسیم(WLAN) طراحی شده است. استاندارد فرکانسی IEEE 802.11 در نسخه های a تا n در باندهای فرکانسی 2.4، 3.6، 5 و 60 گیگاهرتز تعریف می شود. در سیستم IoT برای اجرای شبکه های LAN، PAN و WAN قابل راه اندازی است. هر نقطه اتصال در  WiFi تا برد 100 متر پوشش دارد، که با تعریف مسیریابی Multi-hop پوشش شبکه قابل افزایش است.
• تگ های RFID که به فناوری شناسایی فرکانس رادیویی معروف است، با استفاده از ریز تراشه های درونی و دخیره سازی اطلاعات شئی که به آن متصل شدند برای شناسایی و ردیابی اشیا و افراد مورد استفاده قرار می گیرد. در جابه جایی پول، اشیاء، پرسنل اداره و یا عوارض جاده و غیره کاربرد دارد. این فناوری از سه مولفه تشکیل می شود. 1) تگ(با اتصال به اشیا و جایگزاری در دوربین ها و حسگرها). 2) دستگاه تگخوان 3) نرم افزار RFID نرم افزاری که عملکرد RealTime در دریافت و ارسال داده دارد. استفاده در موقعیت های سه بعدی، کنترل دسترسی، کنترل موجودی و ضد سرقت از دیگر کاربردهای این فناوری است.
• فیلدباس(Fieldbus) یک پروتکل از سری پروتکل های شبکه های کامپیوتری در صنعت است که با استاندارد IEC 61158 تعریف می شود. برای کنترل توزیع بی وقفه و یا بلادرنگ(RealTime) قابل استفاده است. عملکرد این پروتکل به شکلی است که تنها با ایجاد یک نقطه ارتباطی در سطح کنترلر می تواند صدها گره دیجیتال و آنالوگ را بطور همزمان با هم مرتبط کند. از این رو توانسته محدودیت پروتکل RS232 در اتصال تنها دو دستگاه را حذف کند. از مزایای Fieldbus، قابلیت اطمینان و سادگی اجرا و کاهش سیم کشی در نیروگاه ها است.
• شبکه گسترده کم مصرف(LPWAN)، که بر روی مصرف کم انرژی و گستردگی شبکه متمرکز است در ارتباطات زیر ساختی بزرگ به عنوان مثال تحرک های الکتریکی و ارتباطات بین کنترهای هوشمند کاربرد دارند. از بین پروتکل های این دسته، می توان به شبکه گسترده برد بلند به نام (LoRaWAN) اشاره داشت که امکان ایجاد شبکه های خصوصی با ویژگی تنظیم پارامترهای انتقال بر اساس نیاز کاربر را می دهد.
• پروتکل پیوند داده (Dash7)، که از توانایی فناوری BLAST استفاده می کند. یک استاندارد ارتباطی بیسیم، با برد بلند و مصرف پایین برای برنامه هایی است که از پهنای باند متوسطی مانند ارتباطات بین حسگرها و پیام های متنی پشتیبانی می کنند. Dash7 یک استاندارد منبع باز بدون مجوز است که در محیط بیرون تا برد 2 کیلومتر و در محیط داخل با دقت 1 متر در باند فرکانس 433 مگاهرتز ISM/SRD تعریف می شود. همچنین از دیگر مزایای آن این است که در ارتباطات وسائل متحرک تاخیر کمی دارد و با پشتیبانی از رمزگذاری کلید 128 بیتی AES، جا به جایی داده ها را تا 200 کیلوبیت بر ثانیه انجام می دهد.
• پروتکل Zigbee یک استاندارد بیسیم در انتقال داده است که برای شبکه های شخصی گسترده بیسیم با نرخ پایین بکار گرفته می شود. به عنوان مثال در هوشمند سازی خانه، مراقبت های بهداشتی و اتوماسیون های صنعتی استفاده می شود. این پروتکل با توانایی تشکیل شبکه مش و قابلیت توزیع انرژی به عمر بیشتر باطری در دستگاه ها کمک می کند. با اعتمادسازی در انتقال داده با کمک رمز پذاری AES-128 از طیف وسیعی از مکانیسم های امنیتی مانند تبادل کلید و احراز هویت دستگاه به این امر کمک می کند.
• استاندارد نسل پنجم سیستم های بیسیم، به نام (5G) معروف هستند. از آنجایی که نسل اول بی سیم تنها به ما امکان برقراری تماس را داد،در نسل دوم (2G) امکان ارسال پیامک برقرار شد، نسل سوم(3G) اینترنت را به تلفن همراه هدیه داد، نسل چهارم(4G) امکان انتقال داده با حجم و سرعت بالا فراهم شد، و قرار است که در نسل پنجم(5G) با تاخیر کم در پاسخ (Response Time) در برقراری ارتباطات RealTime و بهبود در انتقال داده داشته باشیم؛ که این خود بیانگر پتانسیل بالا در ارائه راه حل هایی در برطرف کردن چالش های فعلی در اینترنت اشیا است.

هدف تمام این فناوری ها در یک چیز مشترک است و برای آن تلاش و با هم رقابت می کنند:

“ایجاد شبکه های بزرگ با مصرف انرژی کم”

3. پروتکل های انتقال داده

در این بخش استانداردهای انتقال داده بیان می شوند.

• پروتکل(IPv4)، Internet Protocol Version 4 یک پروتکل اصلی برای آدرس دهی است که 94% از ترافیک اینترنت توسط این پروتکل جا به جا می شود. این پروتکل انعطاف پذیری بالایی دارد و بر روی انواع دستگاه های مختلف قابل پیکربندی است. این آدرس دهی در 5 مدل یا کلاس A تا E تعریف می شود. از مدل آدرس دهی 32 بیتی استفاده می کند که می توان به 4.3 میلیارد دستگاه، IP منحصر به فرد اختصاص داد.
• با افزایش دستگاه ها و کمبود IPv4 در سال 2019 شرکت RIPE NCC که وظیفه تخصیص IP به دستگاه های گوناگون را بر عهده دارد کمبود IPv4 را گزارش داد. به همین دلیل IPv6 با آدرس دهی 128بیتی که از سال 2012 مورد استفاده بود، بطور رسمی همگانی شد. از مزایای این پروتکل نسبت به IPv4 عدم نیاز به سرور DHCP، داشتن NAT و مسیریابی بهتر است.
• نام پروتکل بعدی (6TiSCH) استکه از توپولوژی چند هاپ با پروتکل مسیریابی IPv6 در استاندارد IEEE 802.15.4e استفاده می کند. برای شبکه های با مصرف انرژی کم(RPL) در اتوماسیون صنعتی و با کمک پروتکل  6LoWPAN مدیریت می شود. این پروتکل برای برقراری ارتباط ایمن و سبک با ترکیب مشخصه های امنیتی لایه پیوند را از طریق اتصال ایمن با کمک پروتکل(CoAP) تعریف می کند.
• پروتکل W3C web of Thing به نام WoT که به تعریف دیگر با سیاست ثبت اختراع  W3C (که بر نحوه رسیدگی به پتنت ها در فرآیند تولید استانداردهاب وب نظارت می کند) همگام شده است. قابلیت همکاری بین پلتفرم های اینترنت اشیا و حوزه های کاربردی را ممکن می سازد و هدف آن نگهداری و بهبود استانداردها و راه حل های موجود در IoT است.
• پروتکلی برای کوچکترین دستگاه های کم مصرف با قابلیت پردازش محدود است که 6LowPAN نامیده می شود. این پروتکل در ایجاد شبکه ای با داشتن توپولوژی مش بیسیم آدرس دهی 128 بیتی IPv6 برای هر دستگاه شکل گرفته است. از ویژگی های آن می توان به استفاده از استانداردهای باز IP، ارائه مسیریابی مش ترمیم شونده قوی و پشتیبانی از لایه PHY اشاره کرد. از کاربردهای آن در اتوماسیون سازی، نظارت صنعتی، شبکه هوشمند و خانه هوشمند می توان استفاده برد.
• پروتکل (Low-Power and Lossy Network) RPL برای مسیریابی بردار فاصله و بدون حلقه است که برای شبکه های بیسیم و کم مصرف که مستعد از دست دادن بسته های داده هستند استفاده می شوند. همچنین از رویکرد پیشگیرانه LLN بهره می برند و همه نودها را در شبکه پیدا کرده و آنها را حفظ می کند. بیشترین هدف RPL مبتنی بر دو عامل WSN و IoT است. این پروتکل برای اتوماسیون های خانگی، ساختمان و شبکه های شهری قابل اجرا است.
• پروتکل آخر از این بخش به نام UDP است. که یک پروتکل برای انتقال داده ها و ارسال های حساس به زمان مثلا فایل های صوتی و ویدئویی محسوب می شود. از این رو این پروتکل، استانداردی ایده آل برای بازی های آنلاین است. از جمله کاربردهای آن می توان به استفاده در برنامه هایی که به انتقال داده بدون از دست دادن آنها، پروتکل های به روزرسانی چند بخشی و همچنین مسیریابی اشاره کرد.

4. پروتکل های برنامه های کاربردی

در این بخش استانداردهای برنامه های کاربردی مورد بررسی قرار می گیرد.

• پروتکل(Constrained Application Protocol)CoAP، که به پروتکل نامه محدود با ارائه راه خل هایی مناسب، همراه با خاصیت Client-Server در بحث اینترنت اشیا پیاده سازی می شود. این استاندارد توسط سازمان استانداردهای اینترنت (IETF ) ایجاد شد تا مشتری بر اساس میزان ساعت مشخص، از وب سرویس استفاده کند. از طرفی به سرویس های پشتیبانی کننده نیز اجازه می دهد تا درخواست های رسیده را پاسخ دهند. امروزه بیشتر دستگاه های گره، در اکوسیستم اینترنت اشیا تنها از طریق CoAP فعال  می شوند.
• پروتکل دیگر از این دسته،  MQTT که مخفف (Message Queue Telemetry Protocol) است، یک استاندارد پیام رسان قابل اعتماد است. این پروتکل نیاز حیاتی برای پلتفرم IoT جهت ارسال و دریافت مکالمات و پیام ها در دنیای طرح و توسعه اپلیکیشن های اینترنت محسوب می شود. از ویژگی های این پروتکل قابلیت اتصال قابل اعتماد و کاهش مشکل اتصال با بکارگیری QoS داخلی است. همچنین با استفاده کمتر از منابع، مناسب استفاده یکپارچه در میکروکنترلرها می باشد. مقیاس بندی بر اساس ساعت از دیگر خاصیت این پروتکل است و با داشتن Header های کوچک از پهنای باند کمتری استفاده می کند.
• پروتکل DDS که مختصر شده (Data Distribution Service) است، استانداردی است که توسط گروه مدیریت اشیاء OMG ایجاد شد. کتابخانه این پروتکل، همزمان هم یک رابط برنامه نویسی کاربردی(API) و هم یک پروتکل ارتباطی از نوع میان افزار ارائه می دهد؛ که انتشار دهنده مشترک داده محور را با هدف توزیع کارآمد و قابل اعتماد در سیستم های بلادرنگ ارائه می دهد. نام این کتابخانه eProsima Fast DDS است. در این پروتکل، تست و اشکال زدایی برنامه از اهمیت بالایی برخوردار است.
• پروتکل Extensible Messaging and Presence Protocol (EMPP) استانداردی است که برای رشدو سازگاری با تغییرات طراحی شد. قابلیت گسترش و سیستم باز بودن را داراست. از مکانیزم فشار در ارسال پیام برای تمام پیام های فوری در زمان واقعی استفاده می کند. با دارا بودن خاصیت نشانگر حضور، به سرورها اعلام وضعیت موجودیت به حالت آنلاین، آفلاین و یا مشغول را گزارش می دهد. دادن اجازه گفتگو به سیستم ها با مراقبت پروتکل جانبی  XSF(پیوند) انجام می شود.
• این پروتکل به پروتکل پیشرفت صف پیام (AMQP) معروف است. در پیام رسانی ناهمزمان سیمی و بصورت متن باز تعریف می شود. همچنین استانداردی باینری احراز هویت و رمزنگاری را بر اساس TSL و SASL را با تکیه بر پروتکل انتقال TCP ارائه می دهد. در محیط های Multi-Client با واگذاری سریع درخواست ها و تقسیم وظایف بین سرورها، پیام رسانی سریع و فوری را با تحویل تضمینی همراه با تاییدیه پیام های دریافتی انجام می دهد. از ویژگی های اصلی این پروتکل صف بندی، مسیریابی، امنیت، قابلیت اصمینان و همکاری را می توان نام برد که آن را به گزینه مناسبی برای ارتباطات پیامی بین سازمان ها و برنامه ها در بحث اینترنت اشیا تبدیل کرده است.
• این استاندارد که به عنوان پروتکل انتقال ابرمتن(HTTP) شناخته می شود و اولین پروتکل ارتباطی اینترنت محسوب می شود. مبتنی بر خدمات Server-Client است. این پروتکل پایه و اساس ارتباطات داده ای جهانی است. این استاندارد برای اجازه دادن به عناصر شبکه میانی برای بهبود و یا فعال کردن ارتباطات بین کاربر و سرویس دهنده بکار می رود. قابلیت استفاده از کش وب ارائه دهنده های بالادستی جهت بالابردن سرعت پاسخگویی و کاهش ترافیک شبکه استفاده می کند.
• استاندارد انتقال فایل (FTP)، این پروتکل جهت جابه جایی فایل ها در اینترنت (آپلود و یا دانلود) کردن مورد استفاده قرار می گیرد، که جزئی از پروتکل  TCP/IP است. معمولا دو حالت اتصال فایل در پروتکل انتقال فایل وجود دارد. حالت اتصال فعال و غیر فعال، در حالت فعال کلاینت ها کانال فرمان را ایجاد می کنند. و سرور کانال داده را ایجاد می کند. اما در حالت غیر فعال (کاربر یا گیرنده) هر دو کانال فرمان و داده را ایجاد می کند.

5. پروتکل های تجمیع و پردازش داده ها

در این بخش استانداردهای گردآوری و پردازش داده ها مورد بررسی قرار می گیرد.

• پروتکل Spark یک استاندارد با قابلیت متن باز بودن دارد که توانایی پشتیبانی از زبانهای برنامه نویسی R، اسکالا، جاوا و پایتون را دارست. از ویژگی های این پروتکل، اجرای پردازش توزیع شده در چندین گره و در یک Cluster است. عملکرد خوب این پروتکل مدیون پشتیبانی کتابخانه ی آن از یادگیری ماشین، تحلیلی گراف، استریم و SQL است. همچنین Spark دارای یک ماژول ارتباطی به نام RPC است که یک کتابخانه شبکه ای با قابلیت زیاد، ناهمزمان و رویداد محور به نام Netty دارد. Spark از طریق Netty می تواند بواسطه API سطح پایین، برای ایجاد سوکت های TCP/UDP و همچنین انتزاع سطح بالا جهت مدیریت پروتکل ها ارائه شود.
• پروتکل RabbitMQ یک واسط پیام رسان است که با کمک از چندین پروتکل پیام رسان مانند پروتکل صف پیام پیشرفته (AMQP) پشتیبانی می شود؛ که قابلیت ارسال و دریافت پیام، تحت یک پلتفرم مشترک و امن را داراست.
• پروتکل Flume که یکی دیگر از استانداردهای ارتباطی است، در فرآیند اثر ارسال و دریافت داده، تاخیرات داده ای را از بین می برد که این امر موجب افزایش توان داده و عملکرد شبکه اینترنت  است. از طرفی Flume با پشتیبانی از یک سیستم توزیع شده با قابلیت اعتماد و دسترس پذیری، توانایی نقل و انتقال داده ها را با حجم بالا، بلافاصله پس از تولید دارد. این استاندارد به عنوان یک سیستم ثبت گزارش، مجموعه داده را در هر ماشین مجازی در یک خوشه جمع آوری و به مرکز پایگاه داده متمرکز مانند سیستم توزیع شده فایل Hadoop به نام (HDFS) انتقال می دهد.
• استاندارد دیگر به نام Kafka شناخته می شود. این پروتکل با بهره مندی از استاندارد باینری که بر روی TCP اجرا می کند، باعث می شود تا تمامی رابط های برنامه نویسی کاربری (APIs) به عنوان جفت پیام پاسخ به درخواست در نظر گرفته شوند. از ویژگی های این پروتکل می توان به  Partitioning and Bootstrapping، Partitioning Strategies، Batching، Compatibility، Retrieving Supported API Versions و SASL Authentication Sequence اشاره کرد.
• این پروتکل به پروتکل چند زبانه Storm معروف است که از زبانهایی چون Ruby، JavaScript، Python و #C پشتیبانی می کند؛ که این پشتیبانی از طریق کلاس های ShellProcess، ShellSpout و ShellBolt با رابط های  IBolt و ISpout صورت می گیرد. به طور کلی پروتکل Storm توانایی ادغام شدن با هر سیستم صف و سیتم پایگاه داده را دارد. سیستم های نوبت دهی جدید از جمله کاربردهای این پروتکل هستند.
• استاندارد ActiveMQ پروتکلی متن باز و پیامگرا است که توسط شرکت Apache توسعه پیدا کرد. این پروتکل به عنوان پیام ساز میان افزار اجرا می شود و کارایی آن ارسال پیام بین برنامه های مختلف است. همچنین قابلیت اجرا و پیاده سازی در کنار پروتکل های سازمانی را داراست. پروتکل ActiveMQ، از زبان برنامه نویسی Java پشتیبانی می کند و پیام ها را از فرستنده به گیرنده ترجمه می کند؛ که این خاصیت می تواند چندین Client و سرورهای مختلف را به هم متصل نگه دارد و اجازه نگه داری پیام ها در صف را می دهد بطوریکه حتی اگر یک سیستم بصورت موقت متوقف شود، پیام رسانی همچنان برقرار باشد.
• استاندارد Fluentd یک تجمیع کننده منبع باز داده است که توانایی دریافت گزارشات از چندین منبع، تجزیه، تحلیل و ارسال را دارد. همچنین از زبان های برنامه نویسی C و Ruby پشتیبانی می کند. این پروتکل با هر مورد ثبت شده به عنوان رویداد حاضر رفتار می کند؛ یعنی از برچسب گذاری برای مسیریابی، از زمان برای گزارش گیری و از ضبط رویداد به عنوان شیء json استفاده می کند.
• پروتکل آخر از این بخش به نام HiveMQ معرفی می شود؛ که پروتکلی از نوع MQTT و یک پیام رسان سازمانی برای ارتباط دستگاه های IOT است و قابلیت انتقال سریع، امن و قابل اعتماد را در سطح جهانی پیاده سازی می کند. این پروتکل سازگاری کاملی با Sparkplug دارد و دست شرکت های توسعه دهنده تجهیزات هوشمند را باز می گذارد تا با کمک آن قابلیت های بیشتری را به داده های MQTT این تجهیزات در زمینه IIOT اضافه کنند. پروتکل HiveMQ مستقیما در ایجاد و انتشار نسخه جدید MQTT5 مشارکت دارد.

6. پروتکل های ذخیره سازی داده ها پایگاه داده

• پلتفرم Hadoop خدمات مختلفی را برای حل مشکلات کلان داده ارائه می دهد. و شامل چهار عنصر مهم از جمله سیستم فایل توزیع شده (HDFS)، عملکرد مدیریت منابع و برنامه ریزی کنترل کارها (YARN)، پردازش داده های مبتنی بر برنامه نویسی(MapReduce)، ابزارهای مشترک (HCU) Hadoop است که همه ی آنها در راستای جذب، تجزیه و تحلیل، ذخیره و نگه داری داده ها بکار گرفته می شوند. این پلتفرم مبتنی بر پروتکل TCP/IP فعال است.
• پایگاه داده DynamoDB یک پایگاه داده مستقر و بومی ابری است. که مبتنی بر تقاضا بوده و قابلیت استقرار در زیر ساخت های الاستیک را فرام می کند. با بهره گیری از یک API، مبتنی بر شی جاوا اسکریپت استفاده می شود. در اصل DynamoDB یک ذخیره ساز کلید مقدار است و مدل داده های ذخیره سازی اسناد را با استفاده از نماد گذاری شیء جاوا اسکریپت پیاده سازی می کند. از DynamoDB برای طیف گسترده ای از برنامه ها مبتنی بر داده های نیمه ساختار یافته مانند برنامه های اینترنت اشیاء و بازی های چند نفره بزرگ بهره می برند. از پروتکل هایی مانند  Https، TLS، Gossip و  TCP/IP پشتیبانی می کند.
• سرویس  Azure CosmosDB یک پایگاه داده با توزیع جهانی است که توسط شرکت ماکروسافت و با هدف دسترسی سریع با تاخیر کم به داده ها و مقیاس پذیری برای برنامه های مدرن تولید شد. و از نوع noSQL است، بدین منظور که نه تنها می تواند علاوه بر داده های ساختار یافته، از داده های بدون ساختار و نیمه ساختار مند مانند IoT حمایت و مدیریت کند.
• پایگاه داده ای توزیع شده و منبع باز به نام Apache Cassandra است که قابلیت هایی همچون مقیاس پذیری، خطی بودن و تحمل خطای اثبات شده در زیر ساخت ابری دارد. این پایگاه داده با خاصیت مقیاس پذیری، کشسانی (Elastic)، توزیع پذیری، ایمن و قابلیت مانیتورینگ، کارا، متمرکز بر کیفیت، تحمل پذیری خطا و با کاربرد در ابر ترکیبی است.
• پایگاه داده MongoDB مبتنی بر منبع، چند پلتفرمی و سندگرا است. از نوع پایگاه داده noSQL است و مجوز عمومی تحت سرور دارد. از ویژگی های این پایگاه داده، پرس و جو های موقت، خاصیت نمایه سازی فیلدها، همانندسازی،تعادل بار، ذخیره سازی فایل، تجمیع سازی، اجرای جاوا اسکریپت سمت سرور، حمایت از مجموعه هایی با اندازه ثابت  و پشتیبانی از تراکنش های چند سندی ACID را می توان نام برد.
• نوع پایگاه داده ی دیگر به نام HBase وجود دارد که برای چالش های کلان داده توزیع شده، با دسترسی تصادفی و بلادرنگ (Real Time) استفاده می شود. این پایگاه داده منبع باز، توزیع شده و غیر رابطه ای است. همچنین استفاده از خواص bigTable را داراست و  Hadoop و HDFS را نیز پشتیبانی می کند. از دیگر ویژگی های آن می توان به پشتیبانی خودکار Failover در بین RegionServers، استفاده آسان از  Java API، حافظه Cache و فیلترهای بلوم را برای پرس و جو های بلادرنگ مسدود کند. همچنین پوسته مبتنی بر ژروبی توسعه پذیر دارد.
• پروتکل پلتفرم DataBricks برای ارائه جایگزینی جهت سیستم MapReduce راه اندازی شد که خاصیت Real Time مبتنی بر ابر را برای مشتریان Big Data فراهم می کند. DataBricks به عنوان آخرین ابزار کلان داده که به تازگی به Azure اضافه شد با بکارگیری مدل یادگیری ماشین، برای پردازش داده ها و پرس و جوها در میان اطلاعات مورد استفاده است. این پایگاه داده از پروتکل  Protobuf، به عنوان یک ترانسفورماتور استفاده می کند.
• پایگاه داده BigQuery بدون سرور و دارای موتور جستجوی داخلی است؛ که کاملا مقیاس پذیر بوده و با این موتور جستجوی داخلی خود می تواند، روی ترابایت داده در چند ثانیه و بر روی پتابایت داده در چند دقیقه جستجو را انجام دهد. این پایگاه داده از پروتکل ارتباطی بلاکچینی NEAR BigQuery استفاده می کند.
• پایگاه SnowFlake بطور خودکار تمامی فرآیندهای ذخیره سازی مجموعه داده های ساختاریافته و نیمه ساختاریافته را از جمله سازماندهی، ساختاردهی، ابر داده، اندازه دهی فایل، فشرده سازی و آمار را مدیریت می کند. این پایگاه داده ابری به انبار داده با توانایی ذخیره سازی، مقیاس پذیری محاسبات بطور مستقل و پشتیبان در محیط های زیر ساخت چند ابری  و متعلق به زیر ساخت Microsift Azure، مشهور است.  همچنین از توانایی این پایگاه داده استفاده از پروتکل های SSL و TSL برای رمزگذاری میتوان نام برد.
• پایگاه داده دیگر به نام InfluxDB است که داده ها را در زمان واقعی Real Time ذخیره سازی می کند. پایگاه داده ای با سرعت خواندن (اجرای مدل یادگیری ماشین) و نوشتن بالا و در زمان واقعی جهت تشخیص و پیش بینی ناهنجاریها مورد استفاده قرار می گیرد. از پروتکل های  UDP، OpenTSBD، Graphite و CollectD بهره می گیرد.
• پروتکل پایگاه  داده SQLite، متعلق به خانواده پایگاه داده های تعبیه شده است که به عنوان یک موتور پایگاه داده و همچنین به عنوان کتابخانه در برنامه های توسعه دهندگان نصب می شود. و از آنجا که مبتنی بر فایل است از پورت برای ارتباط استفاده نمی کند. همچنین از HTTP و TCP/IP، پشتیبانی کرده و به دلیل سادگی این پروتکل در توسعه نرم افزارهای جایگذاری شده برای دستگاه هایی مانند تلویزیون، تلفن همراه، دوربین ها و غیره مورد استفاده است. این پروتکل فایل ها را به آرشیوهایی با اندازه های کوچکتر با متا دیتاهای کمتر تغییر می دهد.