Технології Інтернету речей обіцяють нам більш розумне майбутнє. Дізнайтеся якими вони є та чи має підгрунтя ажіотаж щодо їх застосування.
Холодильники можуть поповнювати себе автоматично через замовлення їжі в місцевому продуктовому магазині, мости, що попереджають зустрічні автомобілі про замерзлій поверхні, або смарт – гаджет, який відстежує здоров’я та доставляє дані в режимі реального часу прямо на iPhone вашого лікаря.
Хоча все це незабаром може здійснитися, ми все ще повинні усвідомлювати, що за лаштунками величезна машина перетворює ці мрії в реальність. Без безлічі технологій IoT, які нас оточують, ці мрії ніколи б не здійснилися.
Що таке Інтернет речей? Все, що потрібно знати про IoT прямо зараз
Чому технології інтернету речей викликають ажіотаж?
Комп’ютерні технології з нами з середини 20 століття. Проте технологія, яка лежить в основі Інтернету речей, була створена задовго до того, як ПК стали доступні кожному. Наука телеметрії (грец. tele = віддалений і metron = вимірювання ), найперша предтеча Інтернету речей, використовувалася для вимірювання та збору даних про погоду або відстеження дикої природи через дротові телефонні лінії, радіохвилі та супутниковий зв’язок вже з другої половини. 19 ст. Незважаючи на всі свої технічні обмеження, вона заклала основу для концепції міжмашинного зв’язку (M2M), яка, поступово розвиваючись разом з досягненнями в області підключення, породила ідею Інтернету речей, яким ми його знаємо сьогодні.
Інтернет речей (IoT) – це система взаємопов’язаних цифрових пристроїв, машин, об’єктів, тварин або людей, які мають унікальні ідентифікатори та можливість передавати та обмінюватися даними через мережу без необхідності спілкування між людьми або людиною -комп’ютерна взаємодія.
Усуваючи розрив між фізичним і віртуальним світами, IoT прагне створити розумне середовище, в якому окремі люди, а також ціле суспільства зможуть жити розумнішим і комфортнішим способом. Як би пафосно це не звучало, IoT вже став частиною нашого повсякденного життя і, безсумнівно, оселиться там назавжди.
Давайте тепер коротко поглянемо на механізми, що стоять за світом IoT, який змушує його розвиватися.
З чого складається технологія IoT? Стек технології інтернету речей
Це може виявитися важким завданням, якщо ви хочете проторувати шлях у технологічному лабіринті Інтернету речей, враховуючи різноманітність і величезну кількість технологічних рішень, які його формують. Однак для простоти ми можемо розбити набір технологій IoT на чотири базові технологічні рівні, які беруть участь у роботі Інтернету речей.
Базові рівні технології інтернету речей
Пристрої — це об’єкти, які фактично становлять «речі» в Інтернеті речей. Виступаючи як інтерфейс між реальним і цифровим світами, вони можуть мати різні розміри, форми та рівні технологічної складності залежно від завдання, яке вони повинні виконувати в рамках конкретного розгортання Інтернету речей.
Незалежно від того, чи то мікрофони розміром із шпилькову головку, чи це важкі будівельні машини, практично кожен матеріальний об’єкт (навіть живий, наприклад, тварини чи люди) можна перетворити на підключений пристрій шляхом додавання необхідного інструментарію (додаючи датчики чи приводи разом із відповідним програмним забезпеченням).
Очевидно, що датчики, виконавчі механізми або інші телеметричні пристрої також можуть бути самостійними розумними пристроями. Єдине обмеження, з яким тут можна зіткнутися, — це фактичний варіант використання Інтернету речей та його вимоги до обладнання (розмір, простота розгортання та керування, надійність, термін служби, економічна ефективність).
Саме це насправді робить підключені пристрої «розумними». Програмне забезпечення відповідає за реалізацію зв’язку з хмарою, збір даних, інтеграцію пристроїв, а також виконання аналізу даних у реальному часі в мережі IoT. Більше того, це програмне забезпечення для пристроїв також забезпечує можливості на рівні додатків, щоб користувачі могли візуалізувати дані та взаємодіяти з системою IoT.
5G інтернет стукає у двері. Все, що вам треба знати про новітню технологію
Маючи апаратне та програмне забезпечення пристрою, має бути ще один рівень, який забезпечуватиме розумні об’єкти способами та засобами обміну інформацією з рештою світу IoT. Хоча це правда, що механізми зв’язку сильно пов’язані з апаратним та програмним забезпеченням пристрою, важливо розглядати їх як окремий рівень.
Рівень зв’язку включає як рішення фізичного підключення (стільниковий зв’язок, супутник, локальна мережа), так і конкретні протоколи, що використовуються в різних середовищах Інтернету речей (ZigBee, Thread, Z-Wave, MQTT, LwM2M). Вибір відповідного комунікаційного рішення є однією з життєво важливих частин у створенні кожного стека технології інтернету речей. Вибрана технологія визначатиме не лише способи надсилання та отримання даних із хмари, а й способи керування пристроями та способи їх зв’язку з пристроями сторонніх розробників.
Для цілей цієї статті ми розглянемо деталі деяких сучасних комунікаційних рішень, які будуть представлені пізніше в тексті.
Як згадувалося раніше, завдяки «розумному» апаратному забезпеченню та встановленому програмному забезпеченню пристрій здатний «відчувати» те, що відбувається навколо нього, і передавати це користувачеві через певний канал зв’язку. Платформа IoT – це місце, де всі ці дані зібрані, керовані, обробляються, проаналізовані і представлені в зручному для користувача вигляді. Таким чином, те, що робить таке рішення особливо цінним, — це не лише можливості збору даних та керування пристроями IoT, а скоріше його здатність аналізувати та знаходити корисні відомості з частин даних, які надаються пристроями через рівень комунікацій.
Знову ж таки, на ринку існує досить багато платформ технології інтернету речей, вибір яких залежить від вимог конкретного проекту IoT і таких факторів, як архітектура та стек технологій IoT, надійність, властивості налаштування, використовувані протоколи, апаратна агностика, безпека та вартість. ефективність.
Варто також зазначити, що платформи можуть бути встановлені як локально, так і в хмарі.
Рішення для підключення в стеку технологій IoT
Скільки існує можливих реальних застосувань технологій IoT, так само не бракує рішень для підключення.
Залежно від специфікацій конкретного випадку використання Інтернету речей, кожен варіант зв’язку може запропонувати різні сценарії включення послуг, маючи компроміс між споживанням енергії, діапазоном і пропускною здатністю.
Наприклад, якщо ви будуєте розумний дім, можливо, ви захочете інтегрувати датчики температури в приміщення та контролер опалення зі смартфоном, щоб ви могли дистанційно контролювати температуру в кожній кімнаті та регулювати її в режимі реального часу відповідно до поточної потреби.
У такому випадку рекомендованим рішенням буде мережевий протокол IPv6 на основі IP під назвою Thread, спеціально розроблений для середовища домашньої автоматизації.
З огляду на таку множинність і різноманітність стандартів і протоколів зв’язку, може виникнути питання про фактичну потребу в розробці нових рішень, в той час як існують деякі добре перевірені протоколи Інтернету, які використовуються вже десятиліттями. Причина цього полягає в тому, що існуючі Інтернет-протоколи, такі як протокол керування передачею/протокол Інтернету (TCP/IP), часто недостатньо ефективні та надто споживають електроенергію, щоб мати можливість ефективно працювати в нових програмах технології Інтернету речей.
У наступному розділі буде представлено короткий огляд основних альтернативних Інтернет-протоколів, спеціально призначених для використання системами IoT. Огляд стосується найпопулярніших радіотехнологій IoT з розбивкою за діапазоном радіочастот, досягнутим кожним із рішень: радіорішення IoT для короткого радіусу дії, рішення середнього радіусу дії та рішення для глобальних мереж далекого радіусу дії.
Мережеві рішення для технології Інтернету речей малої дії:
Як добре відпрацьована технологія підключення на короткій відстані, Bluetooth вважається ключовим рішенням, особливо для майбутнього ринку носимої електроніки, такого як бездротові навушники або датчики геолокації. Особливо з огляду на його широку інтеграцію зі смартфонами.
Протокол Bluetooth Low-Energy (BLE), розроблений з урахуванням економічної ефективності та зниження енергоспоживання, вимагає дуже мало енергії від пристрою. Однак це має компроміс: під час передачі більших обсягів даних BLE може бути не найефективнішим рішенням.
Будучи одним з перших додатків IoT, коли-небудь реалізованих, радіочастотна ідентифікація (RFID) пропонує рішення знаходження на місцевості для додатків IoT. Це важливо особливо в управлінні ланцюгом поставок і логістиці, які вимагають можливості визначати положення об’єкта всередині будівель.
Майбутнє технології RFID, очевидно, виходить далеко за рамки простих послуг локалізації, з можливістю застосування, починаючи від відстеження пацієнтів лікарень і закінчуючи наданням даних про місцезнаходження товарів у режимі реального часу, щоб мінімізувати випадки відсутності їх на складі для роздрібних магазинів.
Середні рішення:
Розроблений на основі IEEE 802.11, WiFi залишається найпоширенішим і загальновідомим протоколом бездротового зв’язку. Його широке використання у світі IoT в основному обмежене споживанням електроенергії, вищим за середнє, внаслідок необхідності збереження високої потужності сигналу та швидкої передачі даних для кращого підключення та надійності.
Будучи ключовою технологією в розвитку Інтернету речей, WiFi забезпечує широке поле для приголомшливої кількості рішень IoT.
Цей популярний стандарт бездротової сітчастої мережі найчастіше застосовується в системах керування трафіком, побутовій електроніці та машинобудуванні. Побудований на основі стандарту IEEE 802.15.4, Zigbee підтримує низькі швидкості обміну даними, роботу з низьким енергоспоживанням, безпеку та надійність.
Розроблений спеціально для продуктів розумного дому, Thread використовує підключення IPv6, щоб дозволити підключеним пристроям спілкуватися один з одним, отримувати доступ до служб у хмарі або взаємодіяти з користувачем через мобільні програми Thread. Критики Thread відзначають, що з огляду на насиченість ринку ще один протокол бездротового зв’язку призводить до подальшої фрагментації в стеку технологій IoT.
Рішення для глобальних мереж великого радіусу дії (WAN):
Вузькосмуговий Інтернет речей, продукт існуючих технологій 3GPP, є абсолютно новим стандартом радіотехнологій, який забезпечує надзвичайно низьке енергоспоживання (10 років роботи від акумулятора) і забезпечує підключення з потужністю сигналу прибл. на 23 дБ нижче, ніж у випадку 2G.
Більше того, він використовує існуючу мережеву інфраструктуру, що забезпечує не тільки глобальне покриття в мережах LTE, але й гарантовану якість сигналу.
LTE-Cat M1 з’єднує ІТНА і M2M пристрої. Будучи сумісним з існуючою мережею LTE, CAT M1 не вимагають носіїв , щоб побудувати нову інфраструктуру реалізувати його. У порівнянні з NB-IoT, LTE Cat M1 виявляється ідеальним для мобільних пристроїв, оскільки його передача між стільниковими сайтами значно краща і дуже схожа на високошвидкісну LTE.
LoRaWAN – це малопотужний протокол глобальної мережі великого діапазону, оптимізований для низького споживання енергії та підтримки великих мереж з мільйонами пристроїв. Спрямований на додатки глобальної мережі (WAN), LoRaWAN призначений для забезпечення малопотужних глобальних мереж функціями, необхідними для підтримки недорогого, мобільного та безпечного двостороннього зв’язку в рамках IoT, M2M, розумного міста та промислових додатків.
Концепція Sigfox полягає в тому, щоб забезпечити ефективне рішення підключення для малопотужних додатків M2M, які вимагають низьких рівнів передачі даних, для яких діапазон Wi-Fi занадто короткий, а діапазон стільникового зв’язку надто дорогий і надто енергоємний.
Sigfox використовує UNB, технологію, яка дозволяє обробляти низькі швидкості передачі даних від 10 до 1000 біт на секунду. Споживаючи до 100 разів менше енергії в порівнянні з рішеннями стільникового зв’язку, він забезпечує типовий час очікування 20 років для акумулятора ємністю 2,5 Аг.
Пропонуючи надійну, енергоефективну та масштабовану мережу, здатну підтримувати зв’язок між тисячами тисяч пристроїв, що живляться від батарей, на площах у кілька квадратних кілометрів, Sigfox виявляється придатним для різних додатків M2M, включаючи розумне вуличне освітлення, інтелектуальні лічильники, монітори пацієнта, безпеку. пристрої та датчики навколишнього середовища. Наразі Sigfox використовується у все більшій кількості технологічних рішень IoT.
Технології інтернету речей – висновок
Оскільки технології Інтернету речей вже стали звиччними в наших будинках, громадських місцях, офісах і на фабриках, а враховуючи шалений темп її розвитку, здається, що коронна фраза IoT «все, що можна підключити, буде підключено» все ближче до того, щоб стати нашою щоденною реальністю.
Таким чином, справжнє питання має бути не в тому, коли це станеться, а в тому, як підключитися, щоб досягти максимально можливої ефективності, зберігаючи ключові характеристики, такі як безпека та економічна ефективність.
Отже, з такої практичної точки зору, питання успіху у випадку певних додатків IoT, здається, зводиться до вибору відповідної технології IoT з величезного набору існуючих рішень.
Джерело: www.avsystem.com/
