Woraus IoT besteht

Wenn Sie sich auf der Suche nach einer Definition für den Begriff „Internet der Dinge“ an Wikipedia wenden, sehen Sie Folgendes:

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist das Konzept eines Computernetzwerks aus physischen Objekten („Dingen“), die mit integrierten Technologien für die Interaktion untereinander oder mit der externen Umgebung ausgestattet sind. Dabei wird die Organisation solcher Netzwerke als Phänomen betrachtet, das wirtschaftliche und soziale Prozesse wiederherstellen kann. Ausschluss der Notwendigkeit menschlicher Beteiligung von einem Teil der Aktionen und Operationen.

In diesem Artikel möchte ich darüber nachdenken, wie genau „Dinge“ diese Idee in unserer Welt verwirklicht werden kann und wie sie miteinander oder mit der äußeren Umgebung interagieren können.

Die Grundelemente sind in verschiedene Typen unterteilt: Sensoren, Aktoren und Tore.

Sensoren

Vielleicht macht es keinen Sinn, die Bedeutung und den Zweck dieser Art von Element zu erklären. Es unterscheidet sich nicht von Standardgeräten: eine Vielzahl von Thermometern, Mikrofonen, Kameras und Dutzenden anderer, weniger verbreiteter Geräte. Einige davon sind auf dem Bild des Sensors Starter Kit für Arduino zu sehen:

Aktoren

Diese Art von Element soll die Umgebung oder ein bestimmtes Objekt darin beeinflussen. Diese Rolle kann von einer Vielzahl von Geräten gespielt werden: von Servos und Lautsprechern bis zu Schlössern (natürlich elektronisch) mit Beleuchtungskörpern.

Tore

Hierbei handelt es sich um Geräte, denen normalerweise die Logik einer Oberflächenanalyse von Informationen zugewiesen wird, die von den an sie angeschlossenen Sensoren stammen. In bestimmten Situationen erfordert die Datenanalyse möglicherweise eine geringe Menge an Rechenressourcen, sodass Gates durchaus in der Lage sind, einige Entscheidungen selbst zu treffen. Bei solchen Entscheidungen senden sie bestimmte Steuerbefehle an die Aktuatoren, die wiederum ihre Funktionen bereits ausführen.
Wenn die Verarbeitung der Informationen teuer ist oder diese Informationen gesammelt werden müssen, senden die Gates sie an den Server, wo weitere Arbeiten damit durchgeführt werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass Mikrocomputer (oben) oder Mikroprozessoren (unten) als Gates verwendet werden:





Um ein Überwachungssystem aufzubauen, müssen nur Sensoren und einige Server verwendet werden, die als Tor fungieren. Dank des Bewegungssensors und der bedingten „Himbeere“ ist es beispielsweise möglich, die Anzahl der Personen, die eine Passage passieren, einfach zu organisieren.

Durch Hinzufügen eines Aktuators gegenüber einem Lautsprecher zu einem zuvor konstruierten Modell kann sichergestellt werden, dass der Durchgang jedes n-ten Durchgangs von majestätischen Fanfaren gehört wird.

Das Design einer solchen Zelle zu komplizieren, kann also ziemlich lange dauern. Ab einem bestimmten Punkt müssen jedoch die gesammelten Statistiken, ihre Analyse, Visualisierung und vieles mehr langfristig gespeichert werden. Hier benötigen Sie vollwertige Server, an die Sie diese Verantwortlichkeiten delegieren können. Solche Server bilden zusammen Wolken, mit denen Gates verbunden sind.

Transport

Nachdem nun mehr oder weniger klar ist, welche Geräte zum Erstellen der Infrastruktur verwendet werden, können Sie sich ansehen, wie diese Geräte miteinander interagieren. Wie Sie im ersten Bild sehen können, gibt es zwei bedingte Gruppen - die Wolke und die Peripherie.

Wie Sie sehen, befinden sich Zellen, die aus den oben genannten Gerätetypen bestehen, in der Peripherie und verwenden spezielle Kommunikationsprotokolle für die Kommunikation. Am häufigsten sind LoRa und ZigBee. Beide Netzwerke sind beispielsweise im Vergleich zu 4G oder sogar 3G sehr langsam, haben aber auch ihre Vorteile.

Eine der wichtigsten ist ihre Energieeffizienz. Tatsache ist, dass die Idee des Internet der Dinge darin besteht, eine Umgebung von Geräten zu schaffen, die ohne menschliches Eingreifen miteinander kommunizieren. Es ist erwähnenswert, dass es in einigen Fällen nicht möglich sein wird, menschliches Eingreifen vollständig zu vermeiden. In dem System zum Zählen der Anzahl der Personen, die bestanden haben, gibt es beispielsweise einen Bewegungssensor. Er braucht wie jedes andere elektrische Gerät Strom. Es scheint keine gute Idee zu sein, Drähte mit Strom an jeden dieser Sensoren zu leiten (wenn mehr als 5 davon vorhanden sind und sie im Raum sehr verstreut sind). Dementsprechend arbeiten sie mit Batterien oder Akkus. Wenn der Ladeverbrauch zu hoch ist, müssen die Batterien häufig gewechselt werden. Und dies wird dazu führen, dass das Internet der Dinge versucht, davon wegzukommen - es wird notwendig sein, dass jemand diese Batterien ersetzt. Wenn die Sensoren jedoch energieeffizient sind, reicht es aus, nur die Batterie einzulegen und sie für ein Jahr, zwei, fünf usw. zu vergessen.

Ein weiterer Vorteil dieser Netzwerke ist ihre hohe Störfestigkeit. Jedes Informationsbit in diesen Netzwerken wird von einem separaten Funksignal gesendet, so dass es ziemlich einfach ist, es vom Hintergrund des Rundfunkrauschens zu unterscheiden.

Ein kleiner Vergleich von LoRa und ZigBee

Wichtige vergleichende Merkmale
Topogie	der Stern	einfach und mesh
Frequenzbereich (variiert je nach Land)	2,4 GHz, 868/915 MHz, 433 MHz, 169 MHz	2,4 GHz, 915 MHz, 868 MHz
Netzwerkknoten	Basisstation Host	Router Koordinator (einer der Router) Host
Reichweite im offenen Raum	10 - 15 km	~ 500 m (abhängig von der Sendeleistung)
Geschwindigkeit	0,3 - 50 kbps	5 - 250 kbps

Aber zwischen der Peripherie und der Cloud sowie innerhalb der Cloud verwenden sie normalerweise das vertraute und vertraute WLAN mit Ethernet-, Mobilfunk- und Satellitennetzwerken usw.

Vergleich verschiedener Netzwerktypen nach Geschwindigkeit und Reichweite

Fazit

Nachdem wir nun das Gerät des Internet der Dinge-Netzwerke untersucht haben, können wir mit Sicherheit sagen, dass es in Bezug auf Hardware nichts Geheimnisvolles und Kompliziertes gibt. Jeder, der heute relativ billige Komponenten kaufen und Code in ein paar Zeilen schreiben kann, kann ein einfaches IoT-Netzwerk erstellen. Um jedoch ernsthafte Projekte wie die Umsetzung des Konzepts eines Smart Homes oder sogar einer Smart City zu entwickeln und umzusetzen, müssen Sie große Anstrengungen unternehmen. Damit all diese Geräte zusammenarbeiten können, benötigen Sie eine Plattform, die alle laufenden Prozesse steuern kann.

Vergessen Sie auch nicht, dass andere Technologien in den Wolken des Internets der Dinge eingesetzt werden können, um das Potenzial in größerem Umfang zu entfalten. Dies können BigData, BlockChain und neuronale Netze für maschinelles Lernen sein. Aber jede der zuletzt aufgeführten Technologien ist ein eigenständiger Bereich der Computerwissenschaften (und nicht so).