Читать книгу Интернет вещей - - Страница 3

Исторически самый надёжный и простой способ передачи данных между устройствами – это физическое соединение кабельным каналом связи.

С развитием технологий автоматизации и существенным удешевлением микроэлектроники, датчики все чаще обретают дополнительный функционал за счет использования микроконтроллеров в своей конструкции, что обеспечивает возможность обмена цифровой информацией с устройствами сбора данных и/или иными датчиками, в том числе с использованием шлюза/маршрутизатора, и зачастую штатно имеют в своей конструкции разъёмы Ethernet, обеспечивающие подключения в том числе и по оптическому каналу.

Современные проводные сети используют, как правило, витую пару и порты стандарта RJ-45. Работа проводных сетей описываются стандартами IEEE 802.3. На сегодняшний день используются следующие стандарты:

• 

IEEE 802.3u с максимальной пропускной способностью 0,1 Гбит/сек.

• 

IEEE 802.3ab с максимальной пропускной способностью 1.0 Гбит/сек. и др.

Существует также стандарт IEEE 802.3an с максимальной пропускной способностью 10 Гбит/с, разъем SFP+.

Однозначным плюсом применения проводных сетей являются их надёжность и безопасность. Для осуществления вмешательства нарушителю необходим физический доступ к кабелю. Указанные выше стандарты сохраняют свои характеристики при длине медного кабеля до 100 м (при использовании оптического кабеля расстояния могут быть гораздо больше).

Важнейшей современной технологией проводной связи для IoT является возможность передачи данных по линиям электропередачи (ЛЭП, Power Line Communication, PLC). Такая сеть может передавать данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ. Broadband over Power Lines – широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 1 Гбит/с, и NPL (англ. Narrowband over Power Lines – узкополосная передача через линии электропередачи) – со значительно меньшими скоростями передачи данных, до 1 Мбит/сек.

Технология PLC удобна для подключения узлов к сети Интернет, объединения в сеть бытовых устройств в офисе, а также в ЖКХ и в системах безопасности.

Рис. 1. Бытовой Power Line контроллер TP-Link.

И всё же основным фактором развития технологий IoT является появление и повсеместное распространение доступной беспроводной радиосвязи. В большинстве случаев устройства IoT зависимы от автономного питания, и встаёт вопрос об энергии, затрачиваемой на коммуникации – чем более энергоэффективным окажется используемый устройством модуль передачи данных, тем дольше прибор сможет оставаться автономным.

Помимо очевидных задач обеспечения максимальной энергоэффективности модулей передачи данных, присутствуют требования к мощности приемопередатчика, например, в случае размещения устройства на географически отдаленном объекте, не имеющем прямого подключения к сети.

В соответствии с данными требованиями, можно классифицировать применяемые модули по радиусу действия:

• 

малый – NFC, Bluetooth, «нательная» компьютерная сеть;

• 

средний – WiFi, ZigBee, мобильная связь, LTE, 5G;

• 

дальний – спутниковая связь, LPWAN, LoRa, СТРИЖ.

NFC (Near Field Communications, Ближняя бесконтактная связь) – технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия, предоставляющая возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 см, анонсирована в 2004 году. Особенность данной технологии – отсутствие постоянного соединения.

NFC применяется в основном для считывания данных со смарт-карт, смартфонов, смарт-часов и прочих носимых с собой устройств для осуществления бесконтактных платежей, идентификации и прочих задач, требующих краткосрочного соединения.

Считыватель NFC может работать только с одним источником данных на расстоянии не более 0,2 м. Скорость установки соединения – менее 0,1 сек. NFC полностью совместим с системой меток RFID.

Протокол относится к беспроводным персональным сетям (Wireless Personal Area Network, WPAN).

Bluetooth – распространённый стандарт, обеспечивающий обмен информацией между периферийными устройствами ПК (POS-терминалы, клавиатуры, принтеры и прочие устройства), мобильных (мобильные телефоны, планшеты и пр.) и носимых устройств (смарт-часы, трекеры, гарнитуры).

Bluetooth позволяет этим устройствам осуществлять обмен данными, когда они находятся в радиусе до 10 м друг от друга (дальность сильно зависит от условий эксплуатации и размещении устройств – преград и помех). Скорость установки соединения – от 5 сек.

На сегодняшний день наиболее распространённым является стандарт Bluetooth 4.X, скорость передачи информации в котором может достигать 3,125 МБ/сек с возможностью осуществления соединения с устройствами на расстоянии до 50 м (в идеальных условиях, с отсутствием явных препятствий). В стандарте Bluetooth 5.0 скорость увеличивается до 6,25 МБ/сек, а расстояние – до 200 м (в идеальных условиях, с отсутствием явных препятствий) и, что важно, при большей энергоэффективности по сравнению с предыдущими версиями стандарта. Стандарт Bluetooth 5.0 разработан для IoT устройств и представлен в 2016 году.

ZigBee относится к семейству протоколов WPAN. (WPAN – Wireless personal area network, применяется для связи различных устройств, включая компьютерную, бытовую и оргтехнику, средства связи). Данный протокол можно отнести к переходному между малым и средним радиусом действия. Расстояние уверенного приёма-передачи устройств, осуществляющих подключение по данному протоколу, не более 75 м (до 1,5 км с использованием дополнительного оборудования в виде усилителя ZigBee Pro). Скорость передачи данных – до 250 КБ/сек.