Bonjour Giktayms!

Récemment - enfin, en tant que «temps», ils parlent généralement de jours ou de semaines, mais ici, c'est plutôt un an ou deux - des articles sur le thème «Qu'est-ce que l'Internet des objets» principales tendances, derniers produits, etc.). Malheureusement, environ 99 sur 100 d'entre eux sont aussi volumineux, tout aussi dénués de sens: leurs auteurs tentent de parler de l'IoT comme d'une sorte de concept unifié et intégral.

Cependant, un IoT unique et unifié n'existe pas et ne peut pas exister. Dans le meilleur des cas, l'IoT peut être défini comme le concept de machine-machine à distance (m2m) ou homme-machine (m2h), tandis que l'Internet classique est une interaction homme-homme.

Mais c'est là que l'unité se termine. Peut-on décrire «les tendances et les principaux acteurs d'Internet» dans un seul article? Vous plaisantez? Vous devrez couvrir les médias, les réseaux sociaux, les services vidéo, les fournisseurs de dorsales, les réseaux de fibres optiques, les réseaux cellulaires, les réseaux d'entreprise, les services cloud pour les entreprises, les équipements de réseau pour la maison, les CPE pour le bureau, les équipements de dorsale ... tout cela fait partie de ce qu'on appelle maintenant Internet.

La même chose se produit avec l'Internet des objets. Ce sont des ampoules LiFX dans l'appartement, et des contrôleurs Danfoss dans les systèmes de ventilation des immeubles de bureaux, et votre tracker de fitness préféré, et le système de surveillance du trafic de la métropole, et une collecte de données centralisée sur l'état et la vie de la flotte de fraiseuses électriques, et bien plus encore. Chacune de ces applications est son propre marché, ses propres solutions au niveau logiciel et matériel et, bien sûr, ses propres acteurs, dont beaucoup ne sont pas impliqués dans d'autres segments de l'IoT et ne seront jamais impliqués.

Par conséquent, une tentative de décrire «toutes les tendances dans le développement de l'IoT» est soit une encyclopédie qui répertorie simplement tout ce qui est sur le sujet dans le monde par des lettres de l'alphabet, ou ne sent même pas les éléphants aveugles, mais aveugles visitent le zoo: on sent la girafe, la seconde crocodile, le troisième est un plateau avec de la barbe à papa, puis ils se réunissent et discutent à quoi ressemble un éléphant.

Que faire dans cette situation? Je pense, pour commencer à ramasser un peu de décombres Internet, en exposant les concepts de base sur les étagères. Et je veux commencer par quelles technologies sans fil sont populaires en ce moment - et comment diable elles diffèrent les unes des autres.

Parler en langage humain - ce qui est maintenant habituel de faire les trois niveaux inférieurs du modèle OSI.

Niveau physique

Tout est assez simple avec le niveau physique: bien que beaucoup répètent encore dans le fil auquel nous faisons confiance, dans la pratique, les communications sans fil ont déjà gagné, y compris dans les applications critiques - récemment, par exemple, la nouvelle a glissé que l'armée américaine prévoyait de déménager dans des camps sur Wi-Fi. Fi, car déployer Ethernet en eux prend inutilement beaucoup de temps et d'efforts.

Et voici l'armée. Dans le cas d'une infrastructure domestique ou de bureau ordinaire, les réseaux câblés pour l'Internet des objets (c'est-à-dire tout d'abord «maison intelligente» et «bureau intelligent» - contrôle de l'éclairage, TV / AV, HVAC) peuvent déjà être considérés comme morts: ils sont extrêmement coûteux à installer ( ne serait-ce que parce que l'installation d'un câblage basse tension nécessite une révision majeure de la pièce) et il est extrêmement rigide dans un fonctionnement ultérieur - tout changement de configuration nécessite l'installation d'un nouveau câblage. Dans le même temps, l'une des tâches résolues par la «maison intelligente» est d'assurer la flexibilité des communications et de la gestion internes.

Imaginez-vous à la place d'un centre d'affaires qui voulait mettre en œuvre la technologie d'un «bureau intelligent» - les mêmes éclairage et ventilation adaptatifs, par exemple, régulés en fonction des conditions extérieures, du nombre de personnes dans le bâtiment et d'autres paramètres. Et vous avez le choix entre «arrêter pendant trois mois pour les réparations de câblage» et «échanger les lumières et les contrôleurs HVAC avec une interface radio». Même si le prix sera le même - bien que dans tout grand bâtiment, le câblage sortira beaucoup plus cher, mais laissez - la réponse, en général, est évidente.

En conséquence, nous pouvons dire que les réseaux câblés dans l'IoT, en particulier dans la maison intelligente et le bureau intelligent, sont une direction qui ne survivra dans un proche avenir que dans des applications très spécifiques. Sur le marché de masse, il n'a pas plus de chances que les ordinateurs portables sans Wi-Fi, mais avec une prise Ethernet.

Bien sûr, il y a le problème du brouillage des canaux radiofréquences (y compris involontaires), la présence de zones de mauvaise réception, l'accès à distance à un réseau d'intrus, etc. Cependant, avec une approche peu compétente pour concevoir des dispositifs, ces problèmes sont réduits à zéro; une approche analphabète et des réseaux câblés en font exactement un enfer troué et buggé.

Si nous parlons de bandes radio, les principales utilisées sont deux: 868/915 MHz et 2450 MHz; le bon vieux 433 MHz se trouve également, mais il est généralement peu nécessaire - il est mal régulé et est donc souvent très jonché, ses vitesses sont petites, les antennes, au contraire, sont grandes, et la portée de communication de 868/915 n'est pas fondamentalement différente.

Les bandes 868 MHz et 915 MHz sont sans licence (c'est-à-dire que l'opérateur n'a pas besoin d'obtenir une licence pour utiliser les fréquences), dont la première vit en Europe et en Russie, et la seconde aux États-Unis et au Japon. Une telle séparation entre les pays n'est pas très pratique, mais elle peut être résolue en principe - la différence de fréquence n'est pas si grande qu'il serait nécessaire de concevoir un appareil complètement nouveau pour chaque option. Les plages sont accordées à plus de 433 MHz, de sorte que les chances de trouver un émetteur de 10 watts travaillant dans la chambre d'un voisin sont négligeables.

2450 MHz est une autre bande sans licence. Chez les pros, il a une universalité absolue (c'est un, avec quelques mises en garde, à travers le monde) et les dimensions minimales de l'antenne, dans les inconvénients - pas trop longue portée, forte atténuation des obstacles et présence de fours Wi-Fi, Bluetooth et micro-ondes dans la même gamme. Cependant, l'encombrement de la portée de ces appareils est souvent exagéré - en pratique, sur les échelles où les appareils IoT à 2,45 GHz sont utilisés, le Wi-Fi ne les affecte pas du tout (ici, vous devez comprendre que l'expérience est «mais à cause de mes voisins» Wi-Fi à peine à peine trois mégabits de vitesse réelle »sur l'IoT à transférer ... de façon imprudente: il y a généralement même dans des conditions idéales un plafond de l'ordre de 250 kilo bits).

En pratique, 2450 MHz est généralement utilisé à l'intérieur et 868/915 - à la fois dans la rue et à l'intérieur. Le choix d'une plage spécifique pour les pièces est déterminé par le rapport des dimensions et de la plage - par exemple, dans les appareils domestiques intelligents, les dimensions peuvent être très importantes, donc 2450 MHz sera plus pratique en raison des dimensions plus petites des antennes.

Couches de liaison et de réseau

La situation avec les niveaux de canal et de réseau est un peu plus amusante. Premièrement, il n'est pas très logique de les décrire séparément, car du point de vue des technologies utilisées, l'une est généralement liée à une autre, et deuxièmement, si vous passez en revue «toutes les technologies de l'Internet des objets», alors en bref, cela ressemblera à ceci:

Par conséquent, nous allons passer rapidement en revue des solutions spécifiques - les plus célèbres, et les diviser immédiatement en deux groupes: solutions pour LAN et pour WAN. Ils diffèrent dans un seul - la portée de communication: les LAN ont une taille allant jusqu'à 1 km, les WAN ont une taille supérieure à 1 km.

Wifi. Bien qu'ils essaient d'utiliser le Wi-Fi dans l'IoT, il s'agit, dans la plupart des cas, de tentatives héroïques pour tirer un hibou sur un globe. Le Wi-Fi est un réseau à haut débit pour les appareils avec une grande batterie, et dans l'IoT, il est applicable dans un nombre extrêmement limité de cas. En règle générale, dans les appareils électroménagers, qui devraient pouvoir non seulement être inclus dans l'interaction M2M, mais également fournir une interface directement pour une tablette ou un smartphone - dans ce cas, le Wi-Fi a un sens en tant qu'interface, déjà présente sur la tablette et le smartphone.

Dans le même temps, pour les ampoules et appareils similaires de la «masse réelle IoT», le Wi-Fi est une béquille froissée, dont l'existence est due à des raisons historiques. Une bande passante élevée n'est pas nécessaire ici, la gamme de Wi-Fi stable est médiocre, la consommation d'énergie ne l'est pas non plus, la configuration réseau initiale n'est pas automatisée, et enfin - si vous mettez le Wi-Fi sur chaque lumière de votre maison, la première fois que vous allumez votre routeur domestique simplement plié sous la pression des clients.

Théoriquement, le Wi-Fi vous permet de vous passer d'un hub centralisé, qui joue en même temps le rôle d'une passerelle vers le monde extérieur, vers des réseaux accessibles aux personnes et aux tablettes. Mais l'avantage est, à l'exception du cas ci-dessus avec KBT, illusoire - lorsque les appareils intelligents comptent pour des dizaines dans votre maison, et la plupart d'entre eux sont extrêmement courants, vous devez en faire une gestion centralisée, en outre, détachés des appareils mobiles spécifiques appartenant à certains membres de la famille. En général, vous ne voulez pas que la lumière des toilettes extérieures cesse de fonctionner parce que l'enfant a sorti la tablette de la maison. Autrement dit, le hub est toujours nécessaire, mais sera-ce une tablette clouée au mur avec un logiciel spécial ou la même tablette, mais aussi avec le module radio ZigBee / Z-Wave / 6LoWPAN - la question n'est pas très fondamentale.

L'Alliance Wi-Fi a maintenant commencé à développer une version spéciale sous-GHz de la norme pour l'IoT, mais à la lumière de la disponibilité d'alternatives - qui sont décrites ci-dessous - cela me semble le résultat de la politique «Et nous! Et nous aussi, nous sommes les leaders de l'IoT! », Et pas une nécessité technique.

La ZigBee . Une solution LAN très populaire qui est largement utilisée dans les appareils domestiques intelligents en raison de deux de ses fonctionnalités - premièrement, ZigBee n'est pas un protocole sous licence propriétaire (contrairement au Z-Wave techniquement similaire, par exemple), et deuxièmement, il fonctionne dans le cadre ZigBee décrit jusqu'au niveau de l'application.

ZigBee peut fonctionner à la fois sur 868/915 MHz et 2450 MHz, il utilise 802.15.4 comme niveau MAC. Topologie du réseau - maillage, vitesse jusqu'à 250 kbit / s. La taille du réseau peut atteindre des centaines d'appareils, le nombre maximum d'espoirs du routeur à l'appareil final est de 10 en ZigBee regular et de 30 en ZigBee PRO.

Vous pouvez fabriquer des appareils ZigBee sur différentes plates-formes, l'un des plus intéressants est les microcontrôleurs de la série TI CC - des anciens modèles avec le cœur du processeur 8051 aux derniers CC1310, CC2630 et CC2650 avec ARM Cortex M3; CC1310 couvre les gammes jusqu'à 1 GHz, CC26xx - 2450 MHz, et le monstre encore inédit CC1350, dont je ne comprends toujours pas la signification, possède deux interfaces radio. Pour ses contrôleurs, TI fournit une pile ZigBee gratuite, plus ou moins prête à l'emploi. Pour les autres contrôleurs, vous devrez chercher d'autres solutions, et très souvent elles se révéleront payantes.

En général, ZigBee est un bon choix pour la domotique - en plus de l'accessibilité, il, grâce à l'inclusion du niveau d'application dans la norme, assure théoriquement la compatibilité de votre développement avec d'autres appareils ZigBee. Dans la pratique, cependant, tout n'est pas aussi simple: au moins, vous rencontrerez des extensions non standard et juste une implémentation tordue d'appareils tiers, et au moins avec des clôtures ciblées, ce qui s'est produit, par exemple, récemment avec Philips avec leurs ampoules.

Dans le même temps, en revanche, si la compatibilité ne vous dérange pas, les avantages de ZigBee peuvent se transformer en ses propres limites.

En général, la compatibilité avec les produits tiers est une chose dont on parle beaucoup en ce qui concerne la «maison intelligente», mais cela signifie aussi étonnamment peu. Le fait est que l'ensemble du marché des «maisons intelligentes» est encore minuscule (il n'est pas surprenant qu'il soit considéré comme un appareil bon marché d'une valeur de 50 à 70 $), et qu'il y ait beaucoup d'acteurs dessus - en bref, il n'y a pas de norme de facto pour laquelle il avait il serait logique de s'y accrocher. Choisissez ZWave - obtenez la compatibilité avec un lit, choisissez ZigBee - avec un autre. Il est tout à fait raisonnable ici de se demander si la compatibilité est nécessaire dans de telles conditions en général - ou le jardin entier sera-t-il labouré plus efficacement.

Onde Z. Dans ses capacités, il est similaire à ZigBee, mais une solution complètement fermée pour la construction de réseaux maillés. Il fonctionne dans les bandes 868/915 MHz, la plate-forme - uniquement les puces Sigma Designs ou Mitsumi, il n'y a pas d'autres options. Ce n'est pas la technologie la moins chère, en outre, les puces ont de faibles performances - elles sont construites sur 8051 cœurs, donc si vous avez besoin de quelque chose de plus, vous devez vous accrocher à un processeur externe.

Aux inconvénients, nous pouvons ajouter que la vitesse maximale de Z-Wave dans sa dernière version est de 100 kbps (cependant, cela est normal pour la gamme sub-gigahertz, et en réalité ce n'est plus nécessaire), le nombre maximum d'appareils est de 232, le nombre de sauts du routeur est seulement 4 (soyez donc prudent lorsque vous essayez de construire de longs réseaux), la portée du périphérique sub-gigahertz n'est pas non plus très grande - 150 mètres de visibilité directe.

D'autre part, la nature fermée de ZWave garantit une bonne compatibilité entre les appareils de différents fabricants, donc si vous décidez de spuder les lits de quelqu'un d'autre au lieu de labourer tout le jardin, alors Z-Wave peut être un choix intelligent.

Les détails sur Z-Wave et les appareils qui s'y trouvent peuvent être lus sur GT dans l'excellent blog de Z-Wave.Me .

6LoWPAN . L'un des derniers développements dans le domaine de l'IoT est IPv6, adapté à la couche physique et MAC des réseaux maillés 802.15.4. En fait, avec 6LoWPAN, vous obtenez un réseau IPv6 normal, peut-être pas très rapide, avec des adresses IP, des prises disponibles pour les femmes et le jeu. Le niveau d'application ici est entièrement à votre discrétion, il n'est donc pas question de compatibilité avec d'autres appareils de fabricants tiers.

D'un autre côté, si vous voulez labourer tout le jardin, alors 6LoWPAN est le choix qui est actuellement proche de l'idéal. Flexibilité maximale, protocole ouvert, prise en charge de 868/915 MHz et 2450 MHz, vitesse jusqu'à 250 kbit / s, capacité de construire un réseau de tailles presque illimitées, distance du routeur - jusqu'à 255 espoirs (vous pouvez faire plus, mais ne vous laissez pas trop emporter: maximum le nombre de sauts dans le réseau maillé est un analogue du paquet TTL, rendez-le trop grand - vos paquets erreront pour toujours sur le réseau, consommant sa bande passante). La portée de communication peut atteindre des centaines de mètres.

En termes d'implémentation matérielle, la solution la plus intéressante est désormais les puces TI CC1310, CC1350, CC2630 et CC2650 susmentionnées. Pour eux, TI fournit une pile 6LoWPAN - et bien que vous exécutiez des danses rituelles, à la fois en raison de la nouveauté des puces et parce que les gens ont surtout vu ZigBee sur eux par habitude, rien n'est impossible.

Proofpeak:

(c'est dans notre bureau un petit maillage IPv6 de quelques modules sur le CC2650 de notre développement et une porte vers Unwired One)

LoRa . LoRa signifie Lo ng RaC'est-à-dire que, contrairement aux options précédentes, il s'agit d'un réseau à l'échelle d'un quartier ou d'une ville, et non d'un appartement ou d'un bureau. La topologie du réseau est une étoile (théoriquement, bien sûr, elle peut également être rendue cellulaire, mais cela n'est pas considéré comme une application standard), la portée va de plusieurs kilomètres dans des zones urbaines denses à 30-50 km de visibilité directe. La plage est 868/915 MHz. Vitesse - jusqu'à 37,5 kbit / s, diminue avec l'augmentation de la distance entre le récepteur et l'émetteur. Le nombre d'appareils est jusqu'à 5 000 unités / km², mais il y a une nuance à propos de laquelle ci-dessous.

Les réseaux LoRa sont conçus pour des tâches beaucoup plus différentes que celles répertoriées précédemment - pour collecter des données à partir d'un grand nombre de capteurs dispersés sur une grande surface ou pour gérer des objets ayant les mêmes propriétés. Par exemple, sur LoRa, vous pouvez contrôler l'éclairage de la ville ou collecter des données centralisées à partir des compteurs d'électricité.

LoRa est une technologie propriétaire, sa mise en œuvre nécessite un modem matériel, présent dans les puces fabriquées par Semtech. Ces puces n'ont pas leur cerveau, elles sont contrôlées par SPI à partir d'un contrôleur externe - cependant, dans les applications LoRa typiques, cela ne joue aucun rôle, car il n'y a pas de course pour les dimensions du module.

En plus de la technologie LoRa elle-même, Semtech développe également la solution LoRaWAN - la pile réseau pour les réseaux LoRa. Mais là réside la nuance même ...

Bien que toute puce LoRa combine un récepteur et un émetteur, en raison de la topologie en étoile, la taille maximale du réseau est limitée par exactement un - la capacité de canal du récepteur central, qui doit avoir le temps de communiquer par radio avec tous les appareils qui y sont connectés. Par conséquent, pour une utilisation dans le module central, Semtech lance la puce SX1301 - et, hélas, non seulement elle ne peut pas être achetée sur le marché libre, mais il n'y a même pas de documentation ouverte pour elle. Le SX1301 possède deux frontaux RF et tout un panier de modems à l'intérieur, il peut donc desservir les mêmes 5 000 appareils par kilomètre carré - mais pour les développeurs tiers, il n'est disponible que sous forme de modules prêts à l'emploi au prix de 180 $ et plus.

Cependant, si vous n'avez pas besoin d'une telle densité de réseau, alors sur les puces d'abonnés ordinaires (par exemple, SX1272), vous pouvez également créer le module central de la "star". Avec des dizaines d'appareils terminaux avec un échange radio pas trop intense, ce sera plus que suffisant.

Dans certains cas, l'utilisation de réseaux hétérogènes - LoRa - pour fournir une couverture sur une grande surface avec des «buissons» maillés autour de chaque récepteur LoRa pour fournir une densité de couverture élevée à un point donné, semble également très intéressante.

"Swift" Enfin - sur le développement national de " Swift ". Il est peu probable que vous l'utilisiez en raison de sa spécificité et de sa présence en vente uniquement sous la forme d'appareils prêts à l'emploi, mais avez-vous besoin de le savoir?

Strizh est un réseau en étoile avec des caractéristiques de gamme LoRa légèrement supérieures, une vitesse nettement inférieure et deux canaux séparés pour la réception et la transmission: les appareils d'abonné transmettent des données à une fréquence de 868 MHz, et la station centrale avec un émetteur puissant à 446 MHz. Cela vous permet d'augmenter la capacité du réseau (déterminé, encore une fois, par le nombre d'appareils que la station centrale parviendra physiquement à échanger) et, dans certains cas, de fournir une meilleure couverture réseau.

Bien que les auteurs n'aient pas divulgué le dispositif interne des modems, il est très probable qu'il s'agisse de la puce SemRech SX1276 LoRa (elle ne possède que deux frontaux RF qui peuvent être réglés sur des fréquences différentes; en plus des modems LoRa, ces puces ont également FSK démodulateurs) et l'un des plus jeunes STM32 comme cerveaux. Cependant, le SX1276 est avant tout indiqué par autre chose - la prise en charge déclarée des réseaux LoRa, pour lesquels, comme nous le rappelons, un modem matériel est nécessaire. Vous pouvez, bien sûr, supposer que Semtech a autorisé la technologie Swift et que Swift a commandé des puces personnalisées sur Angstrem, mais ... il y a quelqu'un de Kompel, dites-moi - vous n'avez que 1276 de l'ensemble Semtech dans l'entrepôt, précisément parce que que vous les avez amenés sous le Swift, hein? :)

De plus, il y a une comparaison sur le site Swiftleur technologie avec LoRa, qui dans la lumière ci-dessus semble disons laide. Par exemple, il prétend que le coût d'un modem LoRa est de 29 $ et le coût du modem Strizh est de 9 $ - ce qui, bien sûr, est un contrecoup flagrant: le modem LoRa, toutes autres choses étant égales par ailleurs, sera moins cher que le Strizh en raison de l'utilisation d'un SX1272 à un seul canal au lieu d'un SX1276 à deux canaux, et de - pour un résonateur à quartz plus simple - le «Swift» pour la performance de rue a besoin d'un TCXO à compensation thermique coûteux.

Trois les ont cliqués dessus.

Internet sans fil des objets

Niveau physique

Couches de liaison et de réseau

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