Лекции / ИСиС лекция 8 Основы интернета вещей
.pdf
ОКОНЕЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
•Объединяются в сеть
•Реагируют на физические действия или события
•Передают данные по определенному расписанию
•Могут генерировать как большие объемы данных,
так и считаные биты
Необходимо учитывать:
•Тип и объем передаваемых данных
•Стоимость оконечных устройств
•Габариты оконечных устройств
•Уровень автономности (расход электроэнергии)
СЕТИ СВЯЗИ
Системы связи в Интернете Вещей можно разделить на несколько категорий
•Сети связи ближнего радиуса действия (не основанные на
IP) - Bluetooth 5, ZigBee, Z-wave.
•Сети связи ближнего радиуса действия (основанные на
IP) – Wi-Fi, 6LoWPAN, Thread.
•Сети связи дальнего радиуса действия (лицензированный диапазон частот) – GSM, LTE, NB-IoT.
•Сети связи дальнего радиуса действия
(нелицензированный диапазон частот) – LoRaWAN,
SigFox, Стриж.
Системы связи, не основанные на IP, более оптимальны с точки зрения использования электроэнергии
ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ
Концепция «облачных» вычислений позволяет обеспечить сбор и хранение от оконечных устройств Интернета Вещей
•«Облачные» вычисления (cloud computing) –
вычислительные услуги, предоставляемые по запросу.
•Различают следующие основные модели «облачных» услуг: программное обеспечение как услуга (Software as a Service, SaaS), платформа как услуга (Platform as a Service, PaaS), инфраструктура как услуга (Infrastructure as a Service, IaaS)
•Набор предоставляемых ресурсов (вычислительных возможностей, памяти и т.д.) может динамически меняться в зависимости от конкретных нужд
ОСОБЕННОСТИ ТРАФИКА В СЕТЯХ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
• Непродолжительные сеансы связи между оконечными устройствами Интернета Вещей могут иметь как случайный характер, так и осуществляться по определенному расписанию
• Оконечные устройства Интернета Вещей генерируют небольшие объемы трафика, передаваемые по каналам с малой пропускной способностью. Исключением являются приложения Критического Интернета Вещей (Critical Internet of Things) – беспилотный транспорт, «Умная» медицина и т.д.
• Оконечные устройства Интернета Вещей обладают низкой мобильностью или же не мобильны вовсе
• По нисходящему каналу передается только служебный трафик (крайне низкая загруженность)
• Низкое энергопотребление устройствами Интернета Вещей
• Низкие требования к вычислительной мощности, но высокие
14
требования к безопасности.
Важно! Для всех вышеперечисленных особенностей возможны исключения
АНАЛИЗ ТРАФИКА
Источником трафика в сетях Интернета Вещей является непосредственно само оконечное устройство, которое начинает передавать данные при следующих условиях
•Воздействие внешних факторов. В случае, если речь идет о датчиках, то изменение параметров, которое датчики контролируют, например, температура в помещении.
•Окончание определенного интервала времени, по истечении которого устройство обязано отправить информацию о своем состоянии на сервер. Данный интервал времени может быть как постоянной, так и случайной величиной.
•Передача служебной информации, вызванная включением устройства15 , его инициализацией, перезапуском и т.д.
РАДИОЧАСТОТНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ
RFID (Radio Frequency Identification) — способ идентификации объектов, посредством считывания или записи данных на специальные RFID-метки
В состав RFID-системы входят:
•Считыватель (ридер)
•RFID-метка (транспондер, RFID-тег)
•Информационная система
Основные задачи RFID-системы:
•повысить скорость операций за счет оптимизации;
•свести к минимуму влияние человеческого фактора;
•повысить прозрачность операций, связанных с поставками, отгрузками и т.д.
НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ RFID-СИСТЕМЫ
•RFID-метка различными способами крепится на объект учета. Является ключевым элементом системы
•Считыватель используется для взаимодействия с RFID-меткой (получение и запись данных)
•Информационная система – специальное программное обеспечение, которое используется для работы с данными RFID-меток, их анализа и т.д.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ RFID
•RFID-метка появляется в поле считывателя
•Чип запускается при помощи энергии от радиосигнала
•Чип модулирует сигнал данными RFID-метки
•Антенна RFID-метки излучает измененный (промодулированный) сигнал
•Считыватель получает данные от RFID-метки и декодирует их
•Считыватель отправляет данные на уровень приложений
•Программное обеспечение обрабатывает полученные данные
•Программное обеспечение отправляет свои данные считывателю
•Считыватель отправляет данные в RFID-метку
Информационная
система
Запрос |
|
|
|
Излучение антенны |
|
|
|
|
|
|
Считыватель |
|
Антенна |
RFID- |
|
|
|||
|
|
|
|
метка |
Данные |
|
|
|
Данные метки |
|
|
|
||
RFID-метки |
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ БЛИЖНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ
Технология |
WI-FI |
Bluetooth |
Z-Wave |
Thread |
ZigBee |
|
|
|
|
|
|
|
|
Частотный |
2,4 ГГц |
2,4 ГГц |
868 МГц |
2,4 ГГц |
2,4 ГГц, 868 |
|
диапазон |
|
|
|
|
ГГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
Стандарт |
IEEE 802.11 |
IEEE |
ITU- |
IEEE |
IEEE |
|
связи |
|
802.15.4 |
T G.9959 |
802.15.4 |
802.15.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость |
300+ Мбит/с |
До 3 Мбит/с |
100 Кбит/с |
250 Кбит/с |
250 Кбит/с |
|
передачи |
|
|
|
|
|
|
данных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энергопотр |
Высокое |
Низкое |
Низкое |
Низкое |
Низкое |
|
ебление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поддержка |
Да |
Нет |
Нет |
Да |
Нет |
|
IP- |
|
|
|
|
|
|
технологий |
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Топология |
«Звезда» |
«Звезда» |
«mesh» |
«mesh» |
«mesh» |
|
|
|
|
|
|
|
|
ТИПЫ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
BLUETOOTH
Для современных версий технологии Bluetooth различают два типа беспроводных систем:
Тип |
Назначение |
Диапазон |
системы |
|
|
|
|
|
Bluetooth |
Смартфоны,; устройства, сопрягаемые со смартфонами |
2,4 ГГц |
Classic |
(беспроводные наушники, колонки, фитнес-браслеты и т.д.), |
(ISM) |
(Basic Rate, |
автомобильные аудио-системы и т.д. |
|
BR/EDR), |
|
|
|
|
|
Bluetooth |
Приложения, чувствительные к энергопотреблению |
2,4 ГГц |
Low |
(устройства с батарейным питанием), устройства, передающие |
(ISM) |
Energy |
небольшие объемы данных с большими перерывами между |
|
(BLE), |
передачами (устройства Интернета Вещей). |
|
|
|
|
Устройства с поддержкой Bluetooth Classic не могут напрямую связываться с устройствами, использующими BLE. По этой причине, существуют устройства с поддержкой обоих типов соединения (Dual mode Bluetooth devices)