Лекции / ИСиС лекция 8 Основы интернета вещей
.pdf
ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
BLUETOOTH LE (LOW ENERGY)
•Используется частотный диапазон 2.400 - 2.4835 ГГц, который делится на 40 каналов по 2 МГц каждый. В Bluetooth Classic число каналов составляет 79 каналов.
•Максимальная скорость передачи данных по радиоканалу 2 Мбит/c
(версия Bluetooth 5)
•Дальность передачи сильно зависит от физического окружения, а также используемого режима передачи. Типичная дальность передачи: 10-30 метров.
•Потребление электроэнергии от реализации устройства, различных параметров протокола и используемого чипсета. Типичное потребление BLE-трансивера во время передачи данных как правило не
превышает 15 мА.
•Существует несколько возможных для реализации уровней обеспечения
безопасности. Алгоритм AES-CCM с длиной ключа 128 бит |
21 |
|
используется в Bluetooth LE для операций, критичных к шифрованию.
ПРЕИМУЩЕСТВА BLUETOOTH LE
•Электропотребление у технологии Bluetooth LE гораздо ниже, чем у других технологий Интернета Вещей ближнего радиуса действия. Это обусловлено малым объемом пересылаемых данных, низкой скоростью передачи и тем, что передатчик выключается при первой возможности.
•Спецификации для основных версий Bluetooth LE (4.0 и далее) доступны
для загрузки с сайта https://www.bluetooth.com/. Для получения доступа к сертификациям большинства других протоколов необходимо быть членом соответствующей группы или консорциума.
•Низкая цена устройств и комплектующих к ним
•Поддержка технологии Bluetooth большинством смартфонов,
представленных на рынке. Помимо удобства управления, смартфон (экран)
так же может использоваться для оперативного отражения данных,
собираемых оконечным устройством.
•Может использоваться для подключения оконечных устройств там, где
отсутствует зона покрытия сотовой сети или Wi-Fi.
ТИПЫ УСТРОЙСТВ
Передатчик - устройство, которое также рассылает широковещательные пакеты, но не разрешает другим устройствам устанавливать с ним соединение.
Пример: маячки
Периферийное устройство – устройство, которое рассылает широковещательные пакеты и принимает запросы на соединение от
центральных устройств. Пример: термометр, монитор сердечного ритма.
Наблюдатель – устройство, которое сканирует эфир в поисках широковещательных сообщений, но не может устанавливать соединения. Пример: удаленный дисплей, который получает температурные данные и выдает их на экран или следит за электронными метками.
Центральное устройство – устройство, которое обнаруживает периферийные устройства и считывает передаваемую ими информацию. Пример: смартфон, компьютер, планшет
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ
•Центральное устройство осуществляет основную работу по управлению соединениями и обработке информации. Тем самым, к вычислительной мощности и энергопотреблению периферийных устройств предъявляются более низкие требования.
•Центральное устройство чаще всего имеет перезаряжаемый аккумулятор большой емкости.
•Центральное устройство может быть подключено к нескольким периферийным одновременно. Пример: смартфон, подключенный к умным часам, термостату умного дома и фитнес-трекеру одновременно.
•Допускается поддержка устройством Bluetooth LE центральной и периферийной роли одновременно приносит заметную пользу. Пример: устройство может контролировать несколько датчиков (периферийных устройств) и в то же время иметь возможность передавать данные с этих датчиков на смартфон, обеспечивая доступ к ним из интерфейса мобильного приложения.
24
ТЕХНОЛОГИЯ Z-WAVE
•Z-Wave – протокол Интернета Вещей ближнего радиуса действия, используемый для потребительской и домашней автоматизации.
•Z-Wave работает в диапазоне 868 МГц.
•История технологии началась в 2001 году, в Дании. В 2005 году несколько компаний, которые занимались разработкой в области Z- Wave, образовали Z-Wave Alliance. На данный момент организация насчитывает более 700 компаний, среди которых LG Uplus, Silicon Labs, Bosch, SmartThings и т.д.
•Z-Wave является закрытым протоколом с ограниченным количеством производителей аппаратных модулей
•Борьба с коллизиями осуществляется с использованием CSMA/CA, который управляется на канальном уровне.
25
ИДЕНТИФИКАТОРЫ Z-WAVE
•В сети Z-Wave существует два основных идентификатора - уникальный
идентификатор сети (Home ID) и номер узла (Node ID)
•Home ID прописывается на этапе производства на плате Z-Wave в чип, который содержит информацию о том, что устройство может выполнять роль
центрального контроллера. Представляет собой 32-битное число.
•За распределение Home ID контролируется отвечает консорциум Z-Wave
Alliance.
•Node ID определяет адрес устройства внутри сети. Представляет собой 8-
битное число.
26
КОНТРОЛЛЕР Z-WAVE
•В сети должен быть минимум один центральный контроллер.
•Центральный контроллер сообщает присоединяемым устройствам идентификатор Home ID и присваивает номер Node ID.
•Если уже существующей сети присоединить еще один контроллер, то он получит статус вторичного. Он будет использовать тот Home ID, который ему сообщит центральный контроллер. Home ID, присвоенный вторичному контроллеру при производстве, сохраняется и может быть использован в будущем для построения новой сети.
•Центральный контроллер хранит и обновляет таблицы маршрутизации. Они представляют собой графы связей в сети, а также содержат информацию о последнем удачно использованном маршруте сообщений для каждой точки, который и используется по умолчанию.
•Вторичные контроллеры тоже хранят карту сети, но получают ее только от центрального контроллера, причем с некоторым опозданием.
•Контроллеры используются в качестве шлюзов для выхода в Интернет по Wi-Fi и Ethernet. Кроме того, один контроллер, помимо Z-Wave, может поддерживать Wi-Fi и
Bluetooth |
27 |
|
ТИПЫ ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ Z-
WAVE*
•Устройства с постоянным питанием
•«Слушающие» устройства с питанием от батарей
•«Спящие» устройства с питанием от батарей
28
*По материалам https://superhome.pro
ТОПОЛОГИЯ Z-WAVE
29
ТЕХНОЛОГИЯ ZIGBEE
•ZigBee — технология, которая основана на радио стандарте IEEE 802.15.4 и предназначена для стандартизации маломощных M2M устройств разных производителей.
•ZigBee получил свое название от концепции биологического явления танца пчел. Аналогия состоит в том, что когда пчела перемещается между цветами, собирая пыльцу, она напоминает пакет, проходящий через mesh-сеть от устройства к устройству.
•ZigBee является частным и закрытым стандартом. Таким образом, Это требует лицензионного сбора и соглашения, предоставленного Альянсом Zigbee, что обеспечивает совместимость с другими устройствами ZigBee. Лицензирование предоставляет сертификат соответствия Zigbee и логотип.
30