Nejen Wi-Fi – standardy bezdrátové komunikace v IoT

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

V dnešním světě se stále častěji setkáváme s nejrůznějšími chytrými zařízeními a systémy. Jejich úkol je jednoduchý – zefektivnit a usnadnit lidem život. Hlasové kontroléry, chytré systémy osvětlení, zásuvky monitorující odběr proudu, senzory pro sledování stavu prostředí.

Všechna tato zařízení spadají pod pojem tak zvaného internetu věcí (IoT).

V tomto článku se zaměříme na nejoblíbenější komunikační standardy používané v tomto typu aplikací.

  1. Co je to IoT a jak funguje
  2. Jaké komunikační standardy IoT používá
  3. Využití internetu věcí doma i v práci
  4. Jaká zařízení mohou vstupovat do sítě IoT

Podle definice je internet věcí digitální síť tvořená vzájemně propojenými předměty a zároveň síť, která se propojuje s fyzickým světem. Toto tvrzení poprvé použil Kevin Ashton, britský podnikatel, který byl průkopníkem trendu IoT v roce 1999. Jinými slovy, IoT lze popsat jako propojená zařízení, která mohou shromažďovat data, analyzovat je a sdílet s jinými zařízeními. Příkladem může být zde inteligentní systém větrání a vytápění ve velkém podniku. Senzory rozmístěné po celém objektu mohou shromažďovat údaje o podmínkách prostředí během výrobních procesů, stejně jako v kancelářích nebo skladech. Připojené k nim řídicí jednotky vzduchotechniky, infrazářičů a kotlů mohou reagovat na shromážděná data, a v reálném čase upravovat své parametry tak, aby udržovaly teplotu, vlhkost nebo hladinu kyslíku v souladu s normami schválenými ve výrobním závodě.

IoT komunikace 2024 1

Jak IoT funguje?

Ekosystém IoT se skládá z chytrých zařízení, která podporují určitý typ komunikace, obvykle bezdrátový. Patří mezi ně zařízení, jako jsou mikropočítače, senzory a komunikační zařízení, které slouží ke sběru, odesílání a zpracování dat. Zařízení internetu věcí sdílejí data, která shromažďují, tím, že se připojují k dalším nadřazeným systémům, které je analyzují a zpracovávají. Nadřazená zařízení mohou také komunikovat s dalšími prvky, čímž spolu vytvářejí obrovský společný systém IoT. Zařízení, která tvoří internet věcí, většinu práce vykonávají bez zásahu člověka, ačkoli člověk může s nimi interagovat – například konfigurovat je, zadávat jim pokyny nebo získávat přístup k datům.

Jak zařízení IoT komunikují?

Zařízení IoT jsou vzájemně propojena obvykle prostřednictvím sítě Wi-Fi. Je to velmi pohodlné řešení, ale někdy u tohoto typu komunikace převažuje forma nad obsahem. Kromě toho se někdy stává, že spouštěné zařízení není v dosahu žádné sítě. Pak musíme použít jiný typ komunikace. Kromě nejoblíbenějších komunikačních protokolů internetu věcí je proto užitečné seznámit se i s řešeními, která jsou více specializovaná.

IoT komunikace 2024 2

Wi-Fi v instalacích IoT

Absolutním lídrem v oblasti komunikace mezi zařízeními IoT je již zmíněná Wi-Fi. Typické Wi-Fi připojení využívá k výměně dat rádiové vlny s určitou frekvencí – nejoblíbenější jsou 2,4 GHz a 5 GHz, ale stále častěji se objevují i 6 GHz, které poskytují šířku pásma až 1200 MHz. Wi-Fi obvykle využívají ty nejpokročilejší komponenty, které mohou být součástí systému IoT – chytré telefony, počítače a mikropočítače. Mezi nejoblíbenější moduly podporující standard Wi-Fi patří určitě ESP8266 a ESP32.

Bluetooth

Bluetooth je jedním z nejčastěji používaných komunikačních protokolů s krátkým dosahem. Zařízení komunikující přes toto rozhraní může přenášet data na vzdálenost od jednoho metru až do 100 m, a to v závislosti na výkonové úrovni. Jedná se o parametr úzce související s dosahem, který určuje výstupní výkon vysílače. Existují tři výkonové úrovně – úroveň 1 – výkon 100 mW (20 dBm), maximální dosah: 100 m, úroveň 2 – výkon 2,5 mW (4 dBm), maximální dosah: 10 m, úroveň 3 – výkon 1 mW (0 dBm), maximální dosah: 1 m. Bluetooth je standardní protokol internetu věcí, který podobně jako Wi-Fi využívá rádiové vlny (obvykle na frekvenci 2,4 GHz) jako nosič dat. Bluetooth je poměrně bezpečný komunikační standard, ideální pro mobilní řešení, kde není nutně vyžadována vysoká datová propustnost. Krátký dosah a nízký výkon jsou charakteristickými znaky Bluetooth. Za zmínku stojí také BLE, neboli Bluetooth Low Energy. Jedná se o nízkoenergetická verze protokolu Bluetooth, který je oblíbený zejména v odvětví internetu věcí, především v malých zařízeních napájených bateriemi.

Ethernet

Systém IoT není jen o bezdrátové komunikaci. Zařízení IoT mohou ke komunikaci využívat také běžné kabelové připojení, například Ethernet. Toto řešení není nejpohodlnější, protože k zařízení je třeba připojit kabel, a jeho vedení může být někdy problematické. Existují však místa, kde bude velmi snadné vytvořit novou síť IoT právě na základě takového komunikačního standardu. Jde o větší podniky a továrny, kde již většinou všechny prostory byly vybaveny kabelovým síťovým připojením. Pokud chcete svůj podnik trochu zmodernizovat, můžete snadno implementovat zařízení internetu věcí založené právě na ethernetovém připojení.

IoT komunikace 2024 3

NFC

Jedním z komunikačních protokolů IoT je také NFC. Jedná se o síť s malou šířkou pásma a výkonem, která se používá k výměně dat na krátké vzdálenosti, obvykle do cca 4 cm. Vzhledem ke své specifičnosti se tento typ komunikace používá ve zcela specifických podmínkách a situacích, například při bezkontaktních platbách. NFC lze použít také v systémech kontroly přístupu propojených do větší sítě internetu věcí.

Zigbee

ZigBee je protokol pro přenos dat podobný Bluetooth. Používá se hlavně v průmyslových podmínkách. I zde se k přenosu dat používají rádiové vlny o frekvenci 2,4 GHz. Zigbee se vyznačuje nízkou spotřebou energie, malou propustností (až 250 kbps) a poměrně velkým dosahem až 100 m. Ačkoli je standard Zigbee již několik let starý, je díky svým vlastnostem ideální pro aplikace IoT. Za zmínku stojí topologie sítě (mesh), na které je Zigbee založen. To znamená, že síť se snadno buduje a udržuje, protože zařízení, která jsou k ní připojena, se vzájemně propojují přímým, dynamickým a nehierarchickým způsobem. Jinými slovy, každé zařízení se připojuje k ostatním zařízením v dosahu, takže se síť organizuje sama.

IoT komunikace 2024 4

Mobilní telefonie

Zařízení Internetu věcí mohou úspěšně přenášet data přes mobilní rádiové sítě GSM, 4G / LTE a 5G. To bude obzvláště žádoucí řešení, zejména pokud chceme posílat informace na velké vzdálenosti. Je však třeba mít na paměti, že mobilní přenos je docela náročný na energii, takže při navrhování tohoto typu řešení IoT bychom měli vzít v úvahu neustálý přístup k napájení nebo komunikaci pouze po určitou a omezenou dobu, což však diskvalifikuje mobilní síť ze systémů reálného času. Přesto mají mobilní sítě jednu poměrně důležitou výhodu – pokrytí. Díky poskytovatelům mobilních sítí lze dnes zařízení IoT využívající toto řešení umístit prakticky kdekoli.

LoRaWAN

LoRaWAN je jednou z nejpopulárnějších technologií IoT, zaměřenou především na zařízení, u nichž je důležitá spotřeba energie. Tento protokol se vyznačuje nízkou spotřebou energie a nízkou přenosovou rychlostí (od 0,3 kbs do 50 kbs). Implementace technologie LoRaWAN je doporučována zejména v malých, často mobilních zařízeních napájených akumulátorem. Příkladem mohou být senzory hladiny vody rozmístěné v povrchovém dole. Zařízení jsou rozmístěna po celém komplexu a připojena k centrální základně, která může být vzdálena až několik kilometrů. Tato komunikace je obvykle jednosměrná, tedy senzor odesílá data do základny, obvykle několikrát denně. Toto řešení bohužel znemožňuje průběžné sledování aktuálních dat, ale díky tomu umístěný v terénu senzor spotřebovává mnohem méně energie a může být napájen akumulátorem.

IoT komunikace 2024 5

Sigfox

Jedním z nejzajímavějších řešení IoT je také standard pro komunikaci Sigfox, do jisté míry podobný LoRaWAN, i když ve skutečnosti se obě řešení poměrně výrazně liší. Sigfox umožňuje přijímat data z velkého počtu zařízení, aniž by musela být trvale připojena k síti. Zařízení umístěné v terénu odesílá malé množství dat, jeden rámec má maximálně 26 bajtů. Pro komunikaci se používají rádiové frekvence – v Evropě a na Středním východě je to 868 MHz, v Severní Americe 902 MHz. Jednou z klíčových výhod Sigfoxu je skutečnost, že zařízení nejsou trvale vázaná na žádnou základnovou stanicí, posílají data do éteru, a tedy mohou být přijímána základnou, která je aktuálně v dosahu. Navíc je Sigfox založen na provozu v cloudu– to znamená, že všechny výpočty jsou prováděny v centrálních jednotkách. Účelem zařízení v terénu je pouze shromažďovat data ze senzorů a odesílat je do sítě, takže k provozu potřebují málo energie a mohou být napájeny akumulátorem.

Z-Wave

Jedná se o nově vznikající bezdrátový komunikační protokol IoT, určený pro zařízení domácí automatizace. Z-Wave je nízkopříkonová rádiová komunikační technologie, provozovaná v pásmu pod 1 GHz. Je schopna pracovat s až 232 zařízeními současně. Hlavními oblastmi použití pro tento typ komunikace jsou komponenty domácí automatizace, jako jsou inteligentní lampy a senzory.

IoT komunikace 2024 6

Využití zařízení internetu věcí

Internet věcí pomáhá lidem žít a pracovat efektivněji a pohodlněji. Zařízení tohoto typu mohou být implementována téměř ve všech oblastech našeho života. V domácích podmínkách si můžeme snadno vytvořit systém inteligentních senzorů a akčních členů propojených s hlasovým asistentem. Od této chvíle můžeme vydáním jednoho příkazu spustit osvětlení, zakrýt okna nebo změnit teplotu v místnosti.
Zařízení IoT jsou také velmi užitečná pro průmysl. Kromě výše uvedeného řízení podmínek prostředí převládajících v objektu, může být internet věcí také použit k řízení výrobních procesů či řízení skladové logistiky. Dobře postavený systém IoT vám umožňuje přesně kontrolovat, co se děje v továrně. Efektivita strojů, prostoje, dodavatelský řetězec, logistické operace. Všechny tyto údaje mohou být shromažďovány a uchovávány a na jejich základě můžete dále optimalizovat fungování společnosti.

Co může být součástí IoT?

Součástí IoT může být prakticky jakékoli zařízení, limitem je pouze představivost. Všechno může být svým způsobem chytré – inteligentní senzory odesílající data do cloudu, řízené z úrovně aplikace termostaty, kamery, jejichž obraz můžeme sledovat, i když jsme na druhém konci světa, žárovky, jejichž barvu vyzařovaného světla lze měnit pomocí hodinek. Svět IoT zařízení neustále roste. Již dnes podle dat existuje v rámci tohoto konceptu více než 20 miliard zařízení a jednou z věcí, kterou si můžeme být jisti, je, že toto číslo bude i nadále růst.

TME Czech Republic, s.r.o.
Slévárenská 406/17, 709 00 Ostrava
Tel.: +420 596 633 105
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.tme.eu

Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, červen 2024

Číslo je zaměřené energetiku, trafostanice, transformátory a identifikační systémy.

Zajímavé odkazy

Training services portal: jedna platforma – mnoho možností Využijte přístup ke školením s mnoha tématy, která jsou přizpůsobena Vašim potřebám. Na portálu najdete nabídku jak bezplatných, tak i placených kurzů, online nebo prezenčně, v češtině i v dalších jazycích.
Nový design vypínačů a zásuvek si elektrikáři hned oblíbili! Zaujal je novými matnými barvami, plochým tvarem a také dobrou cenou. Třešničkou na dortu je ovládání mobilem.
Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.
Inspekční minikamera s bezdrátovým přenosem obrazu První inspekční minikameru na světě, která využívá k přenosu obrazu vestavěný wi-fi hotspot pro pohodlné a bezpečné inspekce i těch nejnepřístupnějších míst.

Najdete nás na Facebooku