Az Internet of Things vezeték nélküli kommunikáció szabványai
Az Internet of Things megváltoztatja világunkat. A világ egyre több létesítményében és városában érzékelőket és más, a hálózathoz hozzáférő eszközöket telepítenek. A „tárgyak” összekapcsolása a hálózattal, és az adatok gyűjtésének és cseréjének lehetővé tétele lehetővé teszi a meglévő folyamatok jelentős javítását és teljesen új üzleti modellek létrehozását. Jelenleg az Internet of Things legnépszerűbb felhasználási esetei a környezeti feltételek figyelése, az objektumok felkutatása és az intelligens mérés.
A tárgyak internetén alapuló további alkalmazások és új modellek teljesen új kommunikációs technikák kifejlesztésének szükségességét vonják maguk után, amelyek több százezer eszköz egyidejű kommunikációját teszik lehetővé. Jelenleg az IoT-ben alkalmazott kommunikációs technikák legfontosabb kihívásai a következők:
- Hosszú akkumulátor-élettartam – a sok IoT eszköznek nagyon hosszú ideig kell működnie, gyakran több évig az akkumulátorral. Jó példa erre egy riasztóberendezés, amely az adatokat közvetlenül a tűzoltóságnak küldi. Amennyiben az eszközt minden lakásban elhelyezik, úgy a méretarány miatt az ilyen készülékek elemcseréjével járó költségek is hatalmasak lesznek.
- Lefedettség biztosítása – Az IoT eszközök különféle helyekre telepíthetők, ahol lehetetlen vagy nagyon nehéz lenne kábelkommunikációt biztosítani – pincékben, távoli gazdaságokban vagy erdőkben. Ezért nagyon fontos, hogy az eszközök jó rádiótávolsággal rendelkezzenek
Alacsony eszközköltség és alacsony telepítési költség – várhatóan az elkövetkező években több milliárd IoT-eszköz fog működni a Földön és az Internet of Things többszörösen nagyobb lesz, mint az internet. Ezért fontos, hogy az eszközök és azok megvalósítása reálisan olcsó legyen
Vezeték nélküli kommunikáció az Internet of Things számára
Jelenleg több mint egy tucat kommunikációs szabvány használatos az IoT-eszközök közötti kommunikációhoz. Az IoT kommunikációs szabványainak négy fő csoportja különböztethető meg:
- PAN (Personal Area Network) és HAN (Home Area Network) – rövid hatótávolságú hálózatok, amelyek lehetővé teszik a személyes eszközök (sportóra, alváskövető, pulzusmérő stb.) és a háztartásban használt eszközök (pl. termosztátok, érzékelők, otthoni automatizálás). Az ezekben a hálózatokban működő eszközöket a legalacsonyabb energiafogyasztás, ezáltal a leghosszabb akkumulátor-üzemidő jellemzi. Az ilyen eszközök hatótávolsága az alkalmazott kommunikációs protokolltól függően néhány centimétertől (NFC) több tíz méterig terjed (WiFi, ZigBee, Bluetooth Low Energy). A PAN és HAN kommunikációjához használt legnépszerűbb protokollok közé tartozik az NFC, az RFID, a Bluetooth Low Energy, a ZigBee, a WiFi és a Z-Wave.
- LAN (Local Area Network) – már nagyobb területet lefedő hálózat, pl. gyár vagy irodaház. Az ilyen hálózatokban működő eszközök elsősorban a vezeték nélküli érzékelők különféle típusai, amelyek kommunikálnak a gatewayek-kel, lehetővé téve az adatátvitelt az internetre. A vezeték nélküli kommunikáció a LAN hálózatokban több tucat és több száz méter közötti hatótávolságot igényel. A LAN hálózatokban általánosan használt kommunikációs protokollok a WiFi és a Bluetooth 5.0.
- WAN (Wide Area Network) – nagy földrajzi területet lefedő széles körű hálózat. A közelmúltig a WAN-hálózatok vezeték nélküli kommunikációja csak a GSM-hálózatokon (2G, 3G, 4G) alapult, ami miatt az eszközök folyamatos áramellátást igényeltek. Az elmúlt évek az Internet of Things-nek szentelt új kommunikációs technikák – LPWAN (Low Power Wide Area Network) – megjelenését jelentették. Ezeknek a kommunikációs technikáknak az alkalmazásával az eszközök nagyon kis mennyiségű adatot tudnak küldeni nagyobb távolságokra, csak az akkumulátor teljesítményének használatával. Az LPWAN kommunikációs technikákat mindenféle érzékelő, villanyóra, nyomkövető és még nagyobb diagnosztikai adatot továbbító eszköz használja. A legnépszerűbb vezeték nélküli kommunikációs technológiák ebben a csoportban a következők: LoRA, Sigfox, NB-IoT, LTE-Cat1 és LTE-M. Az LPWAN kommunikációs technológiák viszonylag újdonságok, ezért az azokat támogató kommunikációs modulok ára magas a rövid távú kommunikációt támogató modulok (ZigBee, BLE, WiFi) áraihoz képest. Végül várhatóan az LPWAN kommunikációs modulok ára legfeljebb 5 dollár lesz, ami népszerűbbé teszi ezeket a kommunikációs technikákat.
Melyik vezeték nélküli kommunikációs technológiát válassza?
A vezeték nélküli kommunikációs technikák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai. A kommunikációs technika kiválasztásakor érdemes a felhasználási esetnek, igényeknek megfelelően választani. Például a szívritmust figyelő sportórának nem kell nagy távolságokra küldenie az adatokat, de fontos, hogy gyakran méréseket végezzen és hosszú ideig működjön anélkül, hogy az elemeket cserélnie kellene. Másrészt a távoli épületek hőmérsékletét figyelő vezeték nélküli érzékelőknek nem kell néhány másodpercenként információt küldenie, de fontos, hogy gyors és kényelmes telepítésük legyen és az elemcsere a lehető legritkább legyen.
A vezeték nélküli kommunikációs technika kiválasztásakor figyelembe kell vennie:
- Hatótávolság – ha az eszköz csak lokálisan működik, fontos, hogy a hatótávolság elegendő legyen az eszköz munkaterületének lefedésére. Például egy sportóra esetében néhány tíz centiméteres hatótávolságra van szükség, otthoni automatizálási eszközöknél pedig már esetleg több tíz méterre. A hatótávolság növelése szinte mindig az energiafogyasztás rovására megy, ezért rövidebb az akkumulátor élettartama vagy az adatátviteli időszakhoz kapcsolódó korlátozások. A fent említett vezeték nélküli kommunikációs technikák egy része lehetővé teszi az eszközök számára a háló kialakítását. Ez a megoldás kényelmes azokban az épületekben, ahol sok IoT eszköz működik (otthoni automatizálás, vezeték nélküli érzékelők). A hálóval összekapcsolt eszközök képesek kommunikálni egymással, így növelve a hatótávolságot.
- Méretezhetőség – hány vezeték nélküli eszköznek kell működnie a telepítés során? Lehetséges-e további eszközök hozzáadása, és nem zavarja-e a teljes hálózat működését? Végül több milliárd eszköz fog működni a tárgyak internete hálózatán, ezért néhány protokollt úgy terveztek, hogy a lehető legtöbb eszköz működjön együtt. Jó példa erre az NB-IoT, egy mobilhálózaton alapuló kommunikációs technika, amely lehetővé teszi, hogy egy cellán belül egyszerre több mint 50 000 eszköz működjön.
- Költségek – az eszközök ára az általuk használt kommunikációs technológiától függően változik. Ennek oka elsősorban az adott kommunikációs technika népszerűsége, következésképpen a modulok és a teljes eszközök ára. Ezenkívül a tárgyak internete eszközeinek bevezetése további költségekkel járhat az internet kommunikációjának biztosításával kapcsolatban. Egyes technológiák (pl. LoRa, ZigBee, Z-Wave) esetében az eszközök kommunikációjának lehetővé tételéhez gateway-re van szükség. Ez egy olyan eszköz, amely adatokat fogad és más kommunikációs technikákkal (pl. GSM, Ethernet) továbbít. Egyéb kommunikációs technikák (pl. NB-IoT, Sigfox, LTE-M) esetén a hálózat hozzáférése az üzemeltető díjaival jár (több cent / eszköz / év összegben). Például, ha vezeték nélküli szenzorok hálózatát szeretnénk használni egy épület fizikai állapotának figyelemmel kísérésére, kényelmesebb megoldás lehet egy olyan megoldás használata, amely gateway-ek használatát igényli, de nem jár az egyes eszközökért fizetendő díjakkal. Másrészt sok olyan objektum esetében, amelyben például csak a hőmérsékletet figyelik, előnyösebb lehet az NB-IoT hálózat használata. A vezeték nélküli kommunikáció érdekes esete a Bluetooth Low Energy, amellyel jelenleg minden okostelefon fel van szerelve – ennek köszönhetően egyes esetekben az okostelefon átjáró szerepet tölthet be (pl. adatokat olvashat az érzékelő memóriájából és elküldheti a felhő platformra).
Felhívjuk Önt, hogy olvassa el a cikk következő részeit, amelyekben részletesen megvitatjuk a vezeték nélküli kommunikációs technikákat. Meghívjuk Önt is, hogy ismerkedjen meg vezeték nélküli NB-IoT és Bluetooth Low Energy adatrögzítőinkkel.
Kapcsolódó termékek