Halo Giktayms!

Baru-baru ini - yah, sebagai "waktu", mereka biasanya berbicara tentang berhari-hari atau berminggu-minggu, tetapi di sini kira-kira satu atau dua tahun - artikel tentang topik "Apa itu Internet of Things" (baik dan yang terkait: pemain utama, tren utama, produk terbaru dan sebagainya). Sayangnya, sekitar 99 dari 100 di antara mereka sangat banyak, sama tidak berartinya: penulis mereka mencoba berbicara tentang IoT sebagai semacam konsep terpadu dan integral.

Namun, IoT tunggal dan terpadu tidak ada dan tidak bisa ada. Dalam kasus terbaik, IoT dapat didefinisikan sebagai konsep mesin jarak jauh-mesin (m2m) atau manusia-mesin (m2h), sedangkan Internet klasik adalah interaksi manusia-manusia.

Tetapi disinilah persatuan berakhir. Bisakah seseorang menggambarkan "tren dan pemain internet utama" dalam satu artikel? Apakah kamu bercanda? Kita harus membahas media, jejaring sosial, layanan video, penyedia tulang punggung, jaringan serat optik, jaringan seluler, jaringan perusahaan, layanan cloud untuk bisnis, peralatan jaringan untuk rumah, CPE untuk kantor, peralatan backbone ... semua ini adalah bagian dari apa yang sekarang disebut Internet.

Hal yang sama terjadi dengan Internet of Things. Ini adalah lampu LiFX di apartemen, dan pengontrol Danfoss dalam sistem ventilasi gedung perkantoran, dan pelacak kebugaran favorit Anda, dan sistem pemantauan lalu lintas di kota metropolis, dan pengumpulan data terpusat tentang keadaan dan umur armada mesin-mesin penggilingan listrik, dan banyak lagi. Masing-masing aplikasi ini adalah pasarnya sendiri, solusinya sendiri di tingkat perangkat lunak dan perangkat keras, dan, tentu saja, para pemainnya sendiri, banyak di antaranya tidak terlibat dalam segmen IoT lain dan tidak akan pernah terlibat.

Oleh karena itu, upaya untuk menggambarkan "semua tren dalam pengembangan IoT" adalah ensiklopedia yang hanya mencantumkan semua yang ada pada subjek di dunia dengan huruf alfabet, atau bahkan tidak merasakan gajah buta, tetapi orang buta mengunjungi kebun binatang: orang merasakan jerapah, yang kedua - buaya, yang ketiga adalah nampan dengan permen kapas, dan kemudian mereka mengumpulkan dan membahas seperti apa rupa gajah.

Apa yang harus dilakukan dalam situasi ini? Saya pikir, untuk mulai menyapu sedikit puing-puing Internet, meletakkan konsep dasar di rak. Dan saya ingin memulai dengan apa teknologi nirkabel yang populer saat ini - dan bagaimana perbedaannya satu sama lain.

Berbicara dalam bahasa manusia - apa yang sekarang biasa dilakukan pada tiga tingkat lebih rendah dari model OSI.

Tingkat fisik

Semuanya cukup sederhana dengan tingkat fisik: meskipun banyak yang masih mengulangi dengan kawat yang kami percayai, dalam praktiknya, komunikasi nirkabel telah menang, termasuk dalam aplikasi kritis - baru-baru ini, misalnya, berita menyelinap bahwa tentara AS berencana untuk pindah ke kamp-kamp lapangan di Wi- Fi, karena menggunakan Ethernet di dalamnya membutuhkan banyak waktu dan usaha.

Dan ini militer. Dalam kasus infrastruktur rumah atau kantor biasa, jaringan kabel untuk Internet hal (yaitu, pertama-tama, "rumah pintar" dan "kantor pintar" - kontrol pencahayaan, TV / AV, HVAC) sudah dapat dianggap mati: mereka sangat mahal untuk dipasang ( jika hanya karena pemasangan kabel tegangan rendah memerlukan perbaikan besar-besaran ruangan) dan itu sangat tidak fleksibel dalam operasi lebih lanjut - setiap perubahan konfigurasi memerlukan pemasangan kabel baru. Pada saat yang sama, salah satu tugas yang diselesaikan oleh "rumah pintar" adalah untuk memastikan fleksibilitas komunikasi dan manajemen internal.

Bayangkan saja diri Anda di tempat pusat bisnis yang ingin menerapkan teknologi "kantor pintar" - pencahayaan dan ventilasi adaptif yang sama, misalnya, diatur tergantung pada kondisi eksternal, jumlah orang di gedung dan parameter lainnya. Dan Anda memiliki pilihan antara "mematikan selama tiga bulan untuk perbaikan kabel" dan "menukar lampu dan pengontrol HVAC dengan antarmuka radio". Bahkan jika harga ini akan sama - meskipun di gedung besar kabel akan keluar lebih mahal, tetapi biarkan - jawabannya, secara umum, sudah jelas.

Sebagai hasilnya, kita dapat mengatakan bahwa jaringan kabel di IoT, khususnya, di rumah pintar dan kantor pintar, adalah arah yang akan bertahan dalam waktu dekat hanya dalam aplikasi yang sangat spesifik. Di pasar massal, tidak ada peluang lebih dari laptop tanpa Wi-Fi, tetapi dengan jack Ethernet.

Tentu saja, ada masalah kemacetan saluran frekuensi radio (termasuk tidak disengaja), keberadaan area penerimaan yang buruk, akses jarak jauh ke jaringan penyusup, dll. Namun, dengan pendekatan kompeten minimal untuk merancang perangkat, masalah ini dikurangi menjadi nol; pendekatan buta huruf dan jaringan kabel benar-benar mengubahnya menjadi neraka berlubang dan kereta.

Jika kita berbicara tentang band-band radio, maka yang utama yang digunakan adalah dua: 868/915 MHz dan 2450 MHz; 433 MHz lama yang baik juga ditemukan, tetapi umumnya hanya dibutuhkan sedikit - tidak diatur dengan baik dan oleh karena itu sering sangat berserakan, kecepatannya kecil, antena, sebaliknya, besar, dan jangkauan komunikasi dari 868/915 secara fundamental tidak berbeda.

868 MHz dan 915 MHz adalah band tidak berlisensi (yaitu, operator tidak perlu mendapatkan lisensi untuk menggunakan frekuensi), yang pertama tinggal di Eropa dan Rusia, dan yang kedua di Amerika Serikat dan Jepang. Pemisahan antar negara semacam itu tidak mudah, tetapi pada prinsipnya dapat dipecahkan - perbedaan frekuensi tidak terlalu besar sehingga diperlukan untuk membuat desain perangkat yang sepenuhnya baru untuk setiap opsi. Rentang disetel lebih dari 433 MHz, sehingga kemungkinan menemukan pemancar 10 watt yang bekerja di kamar tetangga dapat diabaikan.

2450 MHz adalah band lain yang tidak berlisensi. Dalam pro, ia memiliki universalitas absolut (itu adalah satu, dengan beberapa peringatan, di seluruh dunia) dan dimensi minimum antena, dalam minus - jarak yang tidak terlalu panjang, pelemahan yang kuat dalam hambatan dan kehadiran Wi-Fi, Bluetooth dan oven microwave dalam kisaran yang sama. Namun, kekacauan jangkauan oleh perangkat ini sering dilebih-lebihkan - dalam praktiknya, pada skala di mana perangkat IoT dengan 2,45 GHz digunakan, Wi-Fi tidak memengaruhi mereka sama sekali (di sini Anda perlu memahami bahwa pengalamannya “tetapi karena tetangga saya Wi-Fi hampir tidak memiliki tiga megabit kecepatan sebenarnya ”di IoT untuk mentransfer ... secara sembarangan: biasanya ada bahkan dalam kondisi ideal ada plafon di wilayah 250 kilo bit).

Dalam praktiknya, 2450 MHz biasanya digunakan di dalam ruangan, dan 868/915 - baik di jalan maupun di dalam ruangan. Pilihan rentang spesifik untuk kamar ditentukan oleh rasio dimensi dan rentang - misalnya, pada perangkat rumah pintar, dimensi bisa sangat penting, sehingga 2450 MHz akan lebih nyaman karena dimensi antena yang lebih kecil.

Tautan dan lapisan jaringan

Situasi dengan level saluran dan jaringan agak lebih menyenangkan. Pertama, tidak masuk akal untuk menggambarkannya secara terpisah, karena dari sudut pandang teknologi yang digunakan, satu biasanya terkait dengan yang lain, dan kedua, jika Anda melakukan tinjauan terhadap "semua teknologi Internet benda", maka secara singkat akan terlihat seperti ini:

Oleh karena itu, kami akan membahas dengan cepat pada solusi spesifik - yang paling terkenal, dan segera membaginya menjadi dua kelompok: solusi untuk LAN dan untuk WAN. Mereka berbeda persis dalam satu - rentang komunikasi: LAN berukuran hingga 1 km, ukuran WAN lebih dari 1 km.

WiFi. Meskipun mereka mencoba menggunakan Wi-Fi di IoT, itu, dalam banyak kasus, upaya heroik untuk menarik burung hantu di bola dunia. Wi-Fi adalah jaringan berkecepatan tinggi untuk perangkat dengan baterai besar, dan dalam IoT itu berlaku dalam jumlah kasus yang sangat terbatas. Sebagai aturan, pada peralatan rumah tangga, yang seharusnya tidak hanya dapat dimasukkan dalam interaksi M2M, tetapi juga menyediakan antarmuka langsung untuk tablet atau smartphone - dalam hal ini, Wi-Fi masuk akal sebagai antarmuka, sudah ada pada tablet dan smartphone.

Pada saat yang sama, untuk bola lampu dan perangkat serupa dari "IoT massa nyata", Wi-Fi adalah penopang kusut, yang keberadaannya disebabkan oleh alasan historis. Bandwidth tinggi tidak diperlukan di sini, kisaran Wi-Fi stabil buruk, konsumsi daya juga tidak, pengaturan jaringan awal tidak otomatis, dan akhirnya - jika Anda menempatkan Wi-Fi di setiap lampu di rumah Anda, pertama kali Anda menghidupkan router rumah Anda hanya membungkuk di bawah tekanan dari pelanggan.

Secara teoritis, Wi-Fi memungkinkan Anda melakukannya tanpa hub terpusat, yang pada saat yang sama memainkan peran gateway ke dunia luar, ke jaringan yang dapat diakses oleh orang dan tablet. Tetapi keuntungannya adalah, dengan pengecualian pada kasus di atas dengan KBT, yang ilusif - ketika perangkat pintar menghitung lusinan di rumah Anda, dan kebanyakan dari mereka sangat biasa, Anda harus melakukan manajemen terpusat dari mereka, terlebih lagi, diikat dari perangkat seluler tertentu milik anggota keluarga tertentu. Secara umum, Anda tidak ingin lampu di kakus berhenti bekerja karena anak mengeluarkan tablet dari rumah. Artinya, hub masih diperlukan, tetapi apakah itu tablet yang dipaku di dinding dengan perangkat lunak khusus atau tablet yang sama, tetapi juga dengan modul radio ZigBee / Z-Wave / 6LoWPAN - pertanyaannya tidak terlalu mendasar.

Wi-Fi Alliance kini telah mulai mengembangkan versi sub-GHz khusus dari standar untuk IoT, tetapi dengan adanya ketersediaan alternatif - yang dijelaskan di bawah ini - bagi saya tampaknya merupakan hasil dari kebijakan “Dan kami! Dan kami juga adalah pemimpin IOT! ”, Dan bukan kebutuhan teknis.

ZigBee . Solusi LAN yang sangat populer yang banyak digunakan dalam perangkat rumah pintar karena dua fiturnya - pertama, ZigBee bukan protokol berlisensi milik (misalnya, tidak seperti Z-Wave yang serupa secara teknis), dan kedua, ia bekerja dalam kerangka ZigBee dijelaskan ke tingkat aplikasi.

ZigBee dapat bekerja di 868/915 MHz dan 2450 MHz, menggunakan 802.15.4 sebagai level MAC. Topologi jaringan - mesh, kecepatan hingga 250 kbit / dtk. Ukuran jaringan dapat mencapai ratusan perangkat, jumlah harapan maksimum dari router ke perangkat akhir adalah 10 di ZigBee reguler dan 30 di ZigBee PRO.

Anda dapat membuat perangkat ZigBee pada platform yang berbeda, salah satu yang paling menarik adalah mikrokontroler seri TI CC - dari model lama dengan inti prosesor 8051 ke CC1310, CC2630 dan CC2650 terbaru dengan ARM Cortex M3; CC1310 mencakup rentang hingga 1 GHz, CC26xx - 2450 MHz, dan monster CC1350 yang belum dirilis, yang artinya saya masih tidak mengerti, memiliki dua antarmuka radio. Untuk pengontrolnya, TI menyediakan tumpukan ZigBee gratis, lebih atau kurang siap digunakan. Untuk pengontrol lain, Anda harus mencari solusi lain, dan seringkali mereka akan dibayar.

Secara umum, ZigBee adalah pilihan yang baik untuk otomatisasi rumah - selain aksesibilitas, itu, berkat dimasukkannya level aplikasi dalam standar, secara teoritis memastikan kompatibilitas pengembangan Anda dengan perangkat ZigBee lainnya. Dalam praktiknya, bagaimanapun, tidak semuanya begitu sederhana: setidaknya Anda akan menemui ekstensi non-standar dan hanya implementasi perangkat pihak ketiga yang bengkok, dan paling tidak dengan pagar yang ditargetkan, yang terjadi, misalnya, baru-baru ini dengan Philips dengan bohlamnya.

Pada saat yang sama, di sisi lain, jika kompatibilitas tidak mengganggu Anda, maka kelebihan ZigBee dapat berubah menjadi keterbatasannya sendiri.

Secara umum, kompatibilitas dengan produk pihak ketiga adalah hal yang banyak dibicarakan sehubungan dengan "rumah pintar," tetapi itu juga berarti sangat sedikit. Faktanya adalah bahwa seluruh pasar untuk "rumah pintar" masih kecil (tidak mengherankan jika itu dianggap sebagai perangkat murah senilai $ 50-70), dan ada cukup banyak pemain di dalamnya - singkatnya, tidak ada standar de facto yang dimilikinya. masuk akal untuk bertahan. Pilih ZWave - dapatkan kompatibilitas dengan satu tempat tidur, pilih ZigBee - dengan yang lain. Cukup masuk akal di sini untuk menanyakan apakah kompatibilitas diperlukan dalam kondisi seperti itu secara umum - atau apakah seluruh kebun akan dibajak ke neraka dengan lebih efektif.

Gelombang-Z. Dalam kemampuannya, ini mirip dengan ZigBee, tetapi solusi yang sepenuhnya tertutup untuk membangun jaringan mesh. Ini bekerja di band 868/915 MHz, platform - hanya Sigma Designs atau chip Mitsumi, tidak ada pilihan lain. Bukan teknologi termurah, selain itu, chip memiliki kinerja rendah - mereka dibangun di atas 8.051 core, jadi jika Anda membutuhkan sesuatu yang lebih, Anda harus berpegang teguh pada prosesor eksternal.

Untuk kerugiannya, kita dapat menambahkan bahwa kecepatan maksimum Z-Wave dalam versi terbarunya adalah 100 kbps (namun, ini normal untuk kisaran sub-gigahertz, dan pada kenyataannya itu tidak lagi diperlukan), jumlah maksimum perangkat adalah 232, jumlah hop dari router hanya 4 (jadi berhati-hatilah ketika mencoba membangun jaringan yang panjang), jangkauan untuk perangkat sub-gigahertz juga tidak terlalu besar - jarak pandang langsung 150 meter.

Di sisi lain, sifat tertutup ZWave menjamin kompatibilitas yang baik antara perangkat dari produsen yang berbeda, jadi jika Anda memutuskan untuk memacu tempat tidur orang lain daripada membajak seluruh kebun, maka Z-Wave bisa menjadi pilihan cerdas.

Detail tentang Z-Wave dan perangkat di dalamnya dapat dibaca di GT di blog Z-Wave.Me yang luar biasa .

6LoWPAN . Salah satu perkembangan terakhir di bidang IoT adalah IPv6, disesuaikan untuk lapisan fisik dan MAC dari jaringan 802.15.4 mesh. Bahkan, dengan 6LoWPAN Anda mendapatkan jaringan IPv6 yang normal, mungkin tidak terlalu cepat, dengan alamat IP, soket yang tersedia untuk wanita dan perjudian. Level aplikasi di sini sepenuhnya atas pertimbangan Anda, jadi tidak ada masalah kompatibilitas dengan perangkat lain dari produsen pihak ketiga.

Di sisi lain, jika Anda ingin membajak seluruh kebun, maka 6LoWPAN adalah pilihan yang saat ini mendekati ideal. Fleksibilitas maksimum, protokol terbuka, dukungan untuk 868/915 MHz dan 2450 MHz, kecepatan hingga 250 kbit / s, kemampuan untuk membangun jaringan dengan ukuran yang hampir tidak terbatas, jarak dari router - hingga 255 harapan (Anda dapat melakukan lebih banyak, tetapi jangan terbawa banyak: maksimum jumlah hop dalam jaringan mesh adalah analog dari paket TTL, buat terlalu besar - paket Anda akan berkeliaran di jaringan selamanya, menghabiskan bandwidth-nya). Jangkauan komunikasi bisa mencapai ratusan meter.

Dalam hal implementasi perangkat keras, solusi yang paling menarik sekarang adalah TI CC1310, CC1350, CC2630, dan CC2650 chip yang disebutkan di atas. Bagi mereka, TI memberikan tumpukan 6LoWPAN - dan meskipun Anda melakukan beberapa tarian ritual, baik karena kebaruan keripik dan karena kebanyakan orang melihat ZigBee pada mereka karena kebiasaan, tidak ada yang mustahil.

Proofpeak:

(ini di kantor kami jala IPv6 kecil dari beberapa modul pada CC2650 pengembangan kami dan pintu gerbang ke Unwired One)

LoRa . LoRa singkatan dari Lo ng Range, yaitu, tidak seperti opsi sebelumnya, ini adalah jaringan skala kabupaten atau kota, bukan apartemen atau kantor. Topologi jaringan adalah bintang (secara teoritis, tentu saja, itu juga dapat dibuat seluler, tetapi ini tidak dianggap sebagai aplikasi standar), jangkauannya dari beberapa kilometer di daerah perkotaan yang padat hingga 30-50 km jarak pandang langsung. Kisarannya adalah 868/915 MHz. Kecepatan - hingga 37,5 kbit / dtk, berkurang dengan meningkatnya jarak antara penerima dan pemancar. Jumlah perangkat hingga 5 ribu unit / km², tetapi ada nuansa tentang yang di bawah ini.

Jaringan LoRa dirancang untuk tugas yang jauh lebih berbeda daripada yang terdaftar sebelumnya - untuk mengumpulkan data dari sejumlah besar sensor yang tersebar di area yang luas atau untuk mengelola objek dengan properti yang sama. Misalnya, pada LoRa Anda dapat melakukan kontrol pencahayaan kota atau pengumpulan data terpusat dari meteran listrik.

LoRa adalah teknologi berpemilik, implementasinya membutuhkan modem perangkat keras, yang hadir dalam chip yang diproduksi oleh Semtech. Chip ini tidak memiliki otak mereka, mereka dikendalikan oleh SPI dari pengontrol eksternal - namun, dalam aplikasi LoRa biasa ini tidak memainkan peran apa pun, karena tidak ada ras untuk dimensi modul di dalamnya.

Selain teknologi LoRa itu sendiri, Semtech juga mengembangkan solusi LoRaWAN - tumpukan jaringan untuk jaringan LoRa. Tapi di sinilah letak nuansa ...

Meskipun setiap chip LoRa menggabungkan penerima dan pemancar, karena topologi bintang, ukuran jaringan maksimum dibatasi oleh tepat satu - kapasitas saluran penerima pusat, yang harus memiliki waktu untuk melakukan komunikasi radio dengan semua perangkat yang terhubung dengannya. Oleh karena itu, untuk digunakan dalam modul pusat, Semtech merilis chip SX1301 - dan, sayangnya, tidak hanya itu tidak dapat dibeli di pasar bebas, tetapi bahkan tidak ada dokumentasi terbuka untuk itu. SX1301 memiliki dua antarmuka RF dan seluruh keranjang modem di dalamnya, sehingga dapat melayani 5 ribu perangkat yang sama per kilometer persegi - tetapi untuk pengembang pihak ketiga hanya tersedia dalam bentuk modul siap pakai dengan harga $ 180 dan lebih tinggi.

Namun, jika Anda tidak membutuhkan kepadatan jaringan seperti itu, maka pada chip pelanggan biasa (misalnya, SX1272) Anda juga dapat membuat modul pusat "bintang". Dengan puluhan perangkat akhir dengan pertukaran radio tidak terlalu intens, itu akan lebih dari cukup.

Dalam beberapa kasus, penggunaan jaringan heterogen - LoRa - untuk menyediakan cakupan di area yang luas dengan “semak-semak” jala di sekitar setiap penerima LoRa untuk memberikan kepadatan cakupan yang tinggi pada titik tertentu, juga terlihat sangat menarik.

"Swift" Akhirnya - tentang pengembangan domestik " Swift ". Anda tidak mungkin menggunakannya karena kekhususan dan keberadaannya yang dijual hanya dalam bentuk perangkat yang siap pakai, tetapi perlu diberitahu?

Strizh adalah jaringan bintang dengan karakteristik rentang LoRa sedikit lebih unggul, kecepatan secara signifikan lebih rendah dan dua saluran terpisah untuk penerimaan dan transmisi: perangkat pelanggan mengirimkan data pada frekuensi 868 MHz, dan stasiun pusat dengan pemancar yang kuat di 446 MHz. Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan kapasitas jaringan (ditentukan, sekali lagi, dengan berapa banyak perangkat yang akan ditukar oleh stasiun pusat secara fisik), dan juga dalam beberapa kasus memberikan jangkauan jaringan yang lebih baik.

Meskipun penulis tidak mengungkapkan perangkat internal modem, sangat mungkin bahwa ini adalah chip LoRa Semtech SX1276 (hanya memiliki dua RF frontend yang dapat disetel ke frekuensi yang berbeda; selain modem LoRa, chip ini juga memiliki FSK demodulator) dan salah satu STM32 muda sebagai otak. Namun, kebanyakan SX1276 ditunjukkan oleh sesuatu yang lain - dukungan yang dinyatakan untuk jaringan LoRa, yang, seperti kita ingat, modem perangkat keras diperlukan. Anda tentu saja dapat berasumsi bahwa Semtech melisensikan teknologi Swift, dan Swift memesan chip khusus pada Angstrem, tetapi ... ada seseorang dari Kompel, beri tahu saya - Anda hanya memiliki 1.276 dari seluruh Semtech di gudang, tepatnya karena Anda membawa mereka di bawah Swift, ya? :)

Pada saat yang sama, ada perbandingan di situs web Swiftteknologi mereka dengan LoRa, yang dalam cahaya di atas terlihat, katakanlah, jelek. Sebagai contoh, ia mengklaim biaya modem LoRa adalah $ 29 dan biaya modem Strizh adalah $ 9 - yang, tentu saja, adalah sentakan terang-terangan: modem LoRa, semua hal lain dianggap sama, akan lebih murah daripada Strizh baik karena penggunaan saluran tunggal SX1272 daripada SX1272 saluran ganda, dan dari - untuk resonator kuarsa yang lebih sederhana - "Swift" untuk kinerja jalanan memerlukan TCXO yang diberi kompensasi termal mahal.

Tiga mengklik mereka untuk itu.

Internet Nirkabel Benda

Tingkat fisik

Tautan dan lapisan jaringan

More articles: