29 Ноя 2019    Обзоры

Комфортная жизнь современного человека зависит от многих факторов. Одним из них является использование разнообразных электронных гаджетов. При этом повсеместное использование бытовых и портативных устройств дает толчок к развитию многим сферам индустрии. И все чаще и чаще мы слышим о изобретении “умной кружки” или “умного холодильника” и т.д. По сути производители начинают внедрять интеллект в простые бытовые приборы, стремясь автоматизировать часть функций, которые раньше необходимо было выполнять вручную.

Как можно догадаться, существует одна очень важная, отличительная особенность у данного вида устройств - возможность подключаться к сети передачи данных. Благодаря этой возможности гаджеты могут не только собирать и обрабатывать данные извне от разнообразных датчиков и сенсоров, но и обмениваться информацией между собой, при необходимости передавать её в центр обработки данных или же непосредственно на смартфон пользователя. Именно эту концепцию объединения “умных” устройств через сеть в частности через Интернет и называют - миром “интернета вещей”.

Благодаря развитию технологий, концепция IoT завоевывает все больше места в различных отраслях: бытовые приборы, гаджеты, производство (IIoT), медицина, транспорт, логистика, системы безопасности, климат-контроль и многие другие.

К примеру, когда вы утром захотите выпить чашку ароматного кофе, по команде со смартфона или по расписанию кофеварка сможет самостоятельно выполнить это действие. А в случае если кофе закончился - то войти в интернет и заказать упаковку ароматных зерен с доставкой.

Однако для эффективного применения данной концепции, необходимо хорошо понимать, как она работает и из каких элементов состоит.

Чтобы понять все это необходимо сделать небольшой экскурс в историю. 

 

История IoT

 

Кевин Эштон, соучредитель Центра автоидентификации в Массачусетском технологическом институте, впервые упомянул сочетание «Интернет вещей» в презентации, которую он сделал в Procter & Gamble (P & G) в 1999 году, желая довести идею использования радиочастотного идентификатора (RFID) до сведения P & G. Эштон назвал свою презентацию «Интернет вещей», чтобы отразить новый крутой тренд 1999 года: Интернет. В книге профессора Массачусетского технологического института Нила Гершенфельда « Когда все начинают мыслить» , также появившейся в 1999 году, не использовался точный термин, но он дал четкое представление о том, куда движется IoT.

Несмотря на то, что именно Эштон впервые упомянул об Интернете вещей, идея подключенных устройств существовала еще с 1970-х гг. под прозвищем « встроенный интернет и повсеместные вычисления». Например, первым интернет-устройством в начале 80-х годов была машина для производства кока-колы в университете Карнеги-Меллона. Используя Интернет, программисты могли проверить состояние машины и определить, будет ли их ожидать холодный напиток, если они решат совершить поездку к машине.

По сути IoT эволюционировал от объединения беспроводных технологий, микро электромеханических систем (MEMS), микро сервисов и Интернета. Это объединение помогло упразднить различия между эксплуатационными технологиями и информационными технологиями, что дало возможность выполнить анализ неструктурированных, сгенерированные компьютером данных, с целью понимания, как изменить ситуацию к лучшему.

При этом необходимо проявить понимание, что IoT произошел от межмашинного взаимодействия ( M2M ), то есть от машин, которые имеют связь между собой по сети без человеческого участия. M2M так же, представляет собой подключение гаджета к облаку, с целью управления им и сбора данных.

В результате сеть датчиков из обширного множества умных IoT устройств, которые объединяют людей, разнообразные системы и различные сервисы для собирания и взаимообмена данными - выводят M2M на совершенно новый уровень. В качестве основы M2M предлагает возможности подключения, которые обеспечивают IoT.

SCADA представляющая собой естественное расширение Интернет вещей обеспечивает (диспетчерский контроль и сбор данных), категории программных приложений для управления процессами, сбора данных в режиме реального времени из удаленных мест для управления оборудованием и условиями. Системы SCADA состоят из аппаратных и программных компонентов. Аппаратная часть делает сбор и передачу данных на компьютер, на котором заранее есть предустановленное ПО SCADA, где полученные данные потом проходят обработку и вовремя пересылаются. Становление SCADA таково, что системы SCADA последнего поколения превратились в системы IoT первого поколения.

Идея экосистемы IoT, тем не менее, по сути не вступила в силу почти до середины 2010 года, когда, правительство Китая заявило, что оно сделает IoT стратегическим приоритетом в своем пятилетнем плане.   

 

Для чего нужен IoT и какие вопросы решает.

 

Интернет вещей (IoT) в большей мере реализует идею повсеместных вычислений. Распространенные вычисления, также называемые повсеместными вычислениями, представляют собой растущую тенденцию встраивания вычислительных возможностей (обычно в виде микропроцессоров ) в повседневные объекты, чтобы они эффективно взаимодействовали и выполняли полезные задачи таким образом, чтобы свести к минимуму потребность конечного пользователя во взаимодействии с компьютерами. Распространенные вычислительные устройства подключены к сети и постоянно доступны.

Цель повсеместных вычислений состоит в том, чтобы сделать устройства «умными», создавая таким образом сенсорную сеть, способную собирать, обрабатывать и отправлять данные и, в конечном счете, обмениваться данными как средство адаптации к контексту и активности данных; по сути, сеть, которая может понять ее окружение и улучшить человеческий опыт и качество жизни.     

Соучредитель Bricolabs и основатель совета theinternetofthings.eu, менеджер экосистемы проекта Horizon 2020 TagItSmart а также руководитель проекта Dowse.eu — г.дн Роб Ван Краненбург выделил четыре уровня интеграции «Интернета Вещей».

Первый этап - «Умные вещи», то есть то что люди используют каждый день: смартфоны, умную бытовую технику, что либо другое.

Второй этап - «Умный дом», когда в доме установлена связанная в единую сеть система датчиков, сенсоров, контроллеров, бытовых приборов. При этом данная система способна автоматически управлять климатом, освещением, другим приборами, и оповещать через смартфон пользователя в реальном режиме времени о происходящих в доме событиях.

Третий этап - «Умный город». Когда движением транспорта управляет система объединяющая информацию с камер наблюдения о всех происшествиях на дорогах и способная выстраивать наиболее оптимальный маршрут изменяя работу светофоров в реальном времени. То бишь информация от многих датчиков, счетчиков воды, газа, электроэнергии, наполненность мусорных контейнеров передается в автоматическом режиме соответствующим государственным органам и службам. Все для того чтобы жизнь людей в городе была под контролем и становилась все лучше.

И четвертый этап - «Сенсорная планета». Размещение сенсоров в почве воде воздухе предоставит специалистам ранее недоступные возможности по предсказанию землетрясений, изменения погоды с математической точностью на длительный период и т. д. По сути многие процессы планетарного значения можно будет объединить в одном аналитическом центре и используя современные суперкомпьютеры с искусственным интеллектом держать многие процессы под контролем. 

 

Как работает IoT 

 

Инфраструктура IoT состоит из умных устройств с поддержкой доступа в Интернет, которые имеют собственные процессоры, сенсоры и коммуникационное оборудование для сбора, отправки и обработки данных, получаемые различным образом. IoT устройства совершают обмен данными полученными от датчиков, которые они получают, выполняя подключение к IoT-шлюзу или другому пограничному устройству, где данные либо отправляются в облако для анализа, либо анализируются локально. Бывает что эти устройства выполняют взаимодействие с аналогичными устройствами и действуют на основе информации, которую они получают друг от друга. Устройства выполняют большую часть работы без участия человека, хотя люди могут управлять устройствами - например, настраивая их, программируя их или определяя права доступа к данным.

Протоколы подключения сети и связи, которые используются с этими веб-устройствами, в высокой степени имеют зависимость от конкретных развернутых сервисов IoT. 

 

Стандарты и платформы IoT

 

Коммуникация является одной из самых важных частей любого проекта IoT . Хотя существует множество протоколов связи, каждому из них не хватает тех или иных характеристик, что делает их «не совсем подходящими» для приложений IoT. Основными проблемами являются энергопотребление, радиус покрытия и пропускная способность.

Большинство коммуникационных радиотехнологий, таких как Zigbee , BLE, WiFi и другие, имеют малую дальность действия, а другие, такие как 3G и LTE, потребляют много энергии, и дальность действия их работы не может быть гарантирована, особенно в развивающихся странах. Несмотря на то, что эти протоколы и режимы связи работают для определенных проектов, они имеют большое ограничение, например трудности в развертывании решений IoT в областях без сотовой связи (GPRS, EDGE, 3G, LTE / 4G) и необходимость в приобретении дорогостоящих лицензий. Таким образом, учитывая будущее IoT и подключение всех видов «вещей», расположенных во всех местах, возникла потребность в коммуникационной среде, специально разработанной для IoT, которая поддерживает его требования, в частности, относительно малой мощности и значительно большой дальности, дешевый, безопасный и простой в развертывании.

Именно для этих целей наиболее оптимальным и сбалансированным решением может быть использовании технологии LoRaWan.

LoRa (что означает Long Range ) - это запатентованная технология беспроводной связи, которая сочетает в себе сверхнизкое энергопотребление и эффективную дальнюю связь. При этом нужно учитывать, что дальность действия сильно зависит от окружающей среды и возможных препятствий (LOS или N-LOS).

LoRa обычно имеет диапазон от 5 до 15 км , и один шлюз LoRa может обеспечить покрытие для всего города. Технология была разработана Cycleo во Франции и вышла на первый план, когда компания была приобретена Semtech в 2012 году. В Semtech использовали модули LoRa с Arduino и Raspberry Pi, и результат работы оказался предсказуемо хороший. 

 

Особенности LoRa

 

Радиоприемник LoRa состоит из нескольких функций, которые помогают ему достичь эффективной мощности на большом расстоянии и низкой стоимости.

Некоторые из этих функций включают в себя; 

- Техника модуляции

- Частота

- Адаптивные скорости передачи данных

- Адаптивные уровни мощности 

 

 

Модуляция 

 

Радиопередатчики Lora используют метод модуляции с расширенным спектром ЛЧМ для достижения значительно более высокого диапазона связи при сохранении характеристик низкой мощности, которые аналогичны радиосигналам на основе физического уровня модуляции FSK. В то время как модуляция с расширенным спектром ЛЧМ уже давно используется в военной и космической связи, LoRa представляет первое, недорогое, коммерческое применение метода модуляции. 

 

Частота 

 

Технология LoRa не зависит от частоты, связь между радиопередатчиками LoRa осуществляется посредством использования нелицензированных радиочастотных диапазонов с частотой менее ГГц, которые доступны по всему миру. Эти частоты варьируются от региона к региону и часто также различаются между странами.

Например, 868 МГц обычно используется для связи LoRa в Европе, а 915 МГц используется в Северной Америке. Независимо от частоты, LoRa может использоваться без каких-либо существенных изменений в технологии.

При использование более низких частот, чем у коммуникационных модулей, таких как WiFi, на основе диапазонов ISM 2,4 или 5,8 ГГц, позволяет значительно увеличить зону покрытия, особенно для ситуаций с NLOS препятствиями.

Важным преимуществом использование LoRa в Украине является тот факт что без лицензирования разрешены полосы 868,0-868,6 с максимальной излучаемой мощностью до 25 мВт, и 433,04-434,79 Мгц с максимальной излучаемой мощностью до 10 мВт. 

 

Адаптивная скорость передачи данных 

 

LoRa использует комбинацию переменных пропускной способности и коэффициентов расширения (SF7-SF12), чтобы адаптировать скорость передачи данных в соответствии с дальностью передачи. Более высокий коэффициент распространения позволяет увеличить дальность за счет более низкой скорости передачи данных и наоборот. Комбинация полосы пропускания и коэффициента расширения может быть выбрана в соответствии с условиями линии связи и уровнем данных, которые должны быть переданы. Таким образом, более высокий коэффициент расширения улучшает характеристики передачи и чувствительность для данной полосы пропускания, но также увеличивает время передачи в результате более низких скоростей передачи данных. Они могут варьироваться от 18 до 40 Кбит / с. 

SF (Spreading Factor). По сути – коэффициент расширения спектра, некий аналог индекса в модуляции. В упрощенном понимании SF – это число от 7 до 12, к которому соотноситься ряд характеристик, таких как максимальная скорость передачи данных и размер пакета. Чем выше SF тем больше уменьшение скорости передачи, но тем выше защита от помех. В ином случае, чем меньше SF, тем выше скорость, хуже устойчивости к помехам. К параметру SF привязано также время нахождения в эфире.

 

Адаптивный уровень мощности 

 

Уровень мощности, используемый радиопередатчиком LoRa, является адаптивным. Он зависит от таких факторов, как скорость передачи данных и условия соединения среди других. Когда требуется быстрая передача, передаваемая мощность приближается к максимальной и наоборот. Таким образом, срок службы батареи максимально увеличивается, а емкость сети поддерживается в оптимальном состоянии. Потребляемая мощность также зависит от класса устройств среди нескольких других факторов

 

LoRaWAN 

 

LoRaWAN является стандартом высокой емкости, большой дальности, открытой маломощной глобальной сети (LPWAN), разработанным для LoRa Powered IoT Solutions от LoRa Alliance . Это двунаправленный протокол, который использует все преимущества технологии LoRa для предоставления услуг, включая надежную доставку сообщений, сквозную безопасность, определение местоположения и возможности многоадресной рассылки. Стандарт обеспечивает совместимость различных сетей LoRaWAN по всему миру.

Когда люди пытаются определить LoRa и LoRaWAN, обычно возникает путаница, которая, вероятно, лучше всего решается путем изучения модели эталонного стека OSI. 

Проще говоря, основа модели стека OSI LoRaWAN соответствует протоколу доступа к среде для сети связи, а LoRa соответствует физическому уровню . Таким образом, LoRaWAN определяет протокол связи и архитектуру системы для сети, в то время как архитектура LoRa обеспечивает связь на большие расстояния. Они объединяются, чтобы обеспечить функциональность, которая определяет срок службы батареи узла, емкость сети, качество обслуживания, безопасность и другие приложения, обслуживаемые сетью. В то время как LoRaWAN является самым популярным уровнем MAC для LoRa, существуют и другие собственные уровни, которые также основаны на технологии LoRa.

 

LoRaWAN устройства от Mikrotik

 

Хорошим примером является, анонсированная весной 2019 линейка продуктов стандарта LoRa от латвийской компанией Mikrotik, таких как : комплект готового решения wAP LoRa8 (код продукта RBwAPR-2ND & R11e-LoRa8), карта-концентратор LoRaWAN R11e-LoRa8 и набор LoRa антенны с кабелем SMA/.

Набор wAP LoRa8 (RBwAPR-2ND & R11e-LoRa8) содержит предварительно установленный сервер пересылки показаний датчиков на основе пакетов UDP для любых общедоступных или частных серверов LoRa (например, Thethingsnetwork, Loriot и т. д.) и внешнюю защищенную от непогоды беспроводную точку доступа с интерфейсом WLAN 2,4 ГГц и портом Ethernet, которую можно использовать в качестве бэкэнда. 

Дополнительно представленная карта-концентраторLoRaWAN R11e-LoRa8. 

Представляет собой новейшую карту-концентратор в форм-факторе mini PCIe на основе чипсета Semtech SX1301. Концентратор LoRaWAN может подключаться к любому утройству MikroTik, у которого есть слот mPCIe с подключаемыми USB-линиями.

Этот концентратор поддерживает 8 различных каналов, функции прослушивания канала до начала передачи пакетов (LBT) и функцию спектрального сканирования.

Набор антенны LoRa (TOF-0809-7V-S1) состоит из всенаправленной антенны с коэффициентом усиления 6,5 дБи для диапазона 824–960 МГц, и кабеля SMA длиной 1 м а также механическим держателем для быстрого и простого крепления мачты. Данный продукт может обеспечить дополнительное покрытие сети там где это будет необходимо.   

При этом настройка подобного оборудования не представляет большой сложности . В качестве примера можно привести начальную конфигурацию MikroTik Routerboard wAP LoRa8 kit. в сети  The Things Network Console

 

1 . Для начала необходимо подключить питание и сетевой интерфейс

2. Далее нужно открыть корпус и подключить внешнюю антенну.

3. Загрузить официальный инструмент настройки MikroTik Winbox для Windows.

4. Открыть приложение Winbox и нажмите кнопку « Обновить» . Если подключения были успешными, устройство будет обнаружено, как показано ниже.

5. После подключения к беспроводной сети нужно открыть http://192.168.88.1 в веб-браузере, чтобы начать настройку, используйте имя пользователя: Admin, и по умолчанию пароль отсутствует .

6. Панель инструментов, которую которая отображается, предоставляет множество опций конфигурации. Необходимо обратить внимание только на конфигурацию LoRa. Необходимо выбрать IP -> LoRa из списка опций.

7. Сначала необходимо добавить конфигурацию внутреннего сервера LoRaWAN, выбрав вкладку « Серверы ». Пример конфигурации для подключения к серверу The Things Network EU показан на изображениях ниже. 

8. Теперь нужно выбрать вкладку « Устройства ».Интерфейс шлюза LoRa должен быть виден. Сначала требуется нажать, чтобы отключить его, прежде чем продолжить.

9. Дважды щелкните шлюз и заполните конфигурацию. Выберите сервер The Things Network, который был настроен на предыдущем шаге. Обратите внимание на GatewayID поле, которое является уникальным идентификатором , используемым для настройки этого шлюза к “сети вещей”.

11. После настройки необходимо включить шлюз.

12. Теперь необходимо войти в The Things Network Console и зарегистрировать свой шлюз при включении I'm using the legacy packet forwarder. Если конфигурация прошла успешно, шлюз теперь будет отображаться как подключенный на консоли и готов к приему пакетов LoRa.

 

Архитектура сети LoRaWAN

 

В отличие от топологии ячеистой сети, принятой в большинстве сетей, LoRaWAN использует архитектуру звездной сети, поэтому вместо того, чтобы каждое конечное устройство было почти всегда включено, повторяя передачу от других устройств для увеличения дальности, конечные устройства в сети LoRaWAN связываются напрямую со шлюзами и работают только тогда, когда им нужно связаться со шлюзом, поскольку дальность связи не является проблемой. Это является фактором, способствующим низкому энергопотреблению и высокому времени автономной работы, полученным в конечных устройствах LoRa. 

Архитектура сети LoRa состоит из четырех основных частей;

 1. Конечные устройства

 2. Шлюзы

 3. Сетевой сервер

 4. Сервер приложений

 

1. Конечные устройства

Это датчики или исполнительные механизмы на границе сети. Конечные устройства обслуживают разные приложения и имеют разные требования. Для оптимизации различных профилей конечных приложений LoRaWAN использует три разных класса устройств, для которых могут быть настроены конечные устройства. Классы показывают компромиссы между задержкой связи по нисходящей линии связи и временем автономной работы устройства. 

Три основных класса:

1. Двунаправленные конечные устройства (класс A)

2. Двунаправленные конечные устройства с запланированными слотами приема (класс B)

3. Двунаправленные конечные устройства с максимальными слотами приема (класс C) 

 

 

Классы устройств LoRa 

 

Конечные устройства класса А 

І. Это устройства, которые требуют только нисходящей связи от сервера сразу после восходящей линии связи . Например, это устройства, которым необходимо получить подтверждение доставки сообщения с сервера после восходящей линии связи. Для этого класса устройств они должны дождаться отправки восходящей линии связи на сервер, прежде чем может быть получена любая нисходящая линия связи. В результате этого связь поддерживается на минимальном уровне, и, таким образом, они имеют наименьшую мощность и наибольший срок службы батареи. Хорошим примером устройств класса А является интеллектуальный счетчик энергии на основе LoRa

II. Конечные устройства класса B Этим устройствам назначаются дополнительные окна нисходящей линии связи через запланированные интервалы в дополнение к нисходящей линии связи, получаемой при отправке восходящей линии связи (класс A + запланированная дополнительная нисходящая линия связи). Запланированный характер этой нисходящей линии связи гарантирует, что при работе будет также потребляться малая мощностью, поскольку связь активна только с запланированными интервалами, но дополнительная мощность, потребляемая во время запланированной нисходящей линии связи, увеличивает энергопотребление по сравнению с потреблением устройств класса A, так как они имеют более низкую батарею жизнь по сравнению с конечными устройствами класса А.

III. Конечные устройства класса C Эти классы устройств не имеют ограничений по нисходящей линии связи . Они разработаны так, чтобы почти всегда быть открытыми для связи с сервера. Они потребляют больше энергии, чем другие классы, и имеют наименьшее время автономной работы. Хорошими примерами устройств класса C являются конечные устройства, используемые в управлении автопарком или мониторинге реального трафика. 

 

 

Шлюзы 

 

Шлюзы (также называемые концентраторами) - это устройства, подключенные к сетевому серверу через стандартные IP-соединения, которые ретранслируют сообщения между серверной частью центральной сети и конечными устройствами, используя протокол беспроводной связи с одним прыжком. Они предназначены для поддержки двунаправленной связи и оснащены многоадресной передачей, позволяющей программному обеспечению отправлять сообщения массового распространения, такие как беспроводные обновления.

В основе каждого шлюза LoRa лежит многоканальный демодулятор LoRa, способный декодировать все варианты модуляции LoRa на нескольких частотах параллельно.

Для оператора крупномасштабной сети ключевыми отличительными факторами должны быть производительность радиосвязи (чувствительность, мощность передачи), применение микросхемы SX1301 к шлюзу MCU (USB-SPI или SPI-SPI) и поддержка и распределение PPS. Должен быть также сигнал, доступность которого обеспечивает точную синхронизацию времени по всей совокупности шлюзов в сети

LoRa распространяет связь между конечными устройствами и шлюзами по нескольким частотным каналам и скоростям передачи данных. Технология с расширенным спектром использует скорости передачи данных в диапазоне от 0,3 кбит / с до 50 кбит / с, чтобы предотвратить взаимодействие друг с другом, и создает набор «виртуальных» каналов, которые увеличивают пропускную способность шлюза.

Чтобы максимизировать время автономной работы конечных устройств и общую емкость сети, сетевой сервер LoRa управляет скоростью передачи данных и РЧ-выходом для каждого конечного устройства в отдельности с помощью схемы адаптивной скорости передачи данных (ADR). 

 

Сетевой сервер

 

Сетевой сервер Lora - это интерфейс между сервером приложений и шлюзами. Он передает команды от сервера приложений к шлюзу, переправляя данные со шлюзов на сервер приложений. Он выполняет различные функции, включая обеспечение отсутствия, дублирующийся пакетов, планирование подтверждений и управление скоростью передачи данных и РЧ-выходом для каждого конечного устройства индивидуально с использованием схемы адаптивной скорости передачи данных (ADR).

 

Сервер приложений

 

Сервер приложений определяет, для чего используются данные от конечных устройств. Визуализация данных и т. Д., В качестве сервера приложений лучше всего использовать “облачные” PaaS платформы от ведущих игроков рынка, к примеру:

- AWS IoT , облачная платформа для IoT, выпущенная Amazon. Эта инфраструктура позволяет интеллектуальным устройствам легко подключаться и безопасно взаимодействовать с облаком AWS и другими подключенными устройствами.

- ARM Mbed IoT - платформа для разработки приложений для IoT на основе микроконтроллеров ARM . Цель платформы ARM Mbed IoT - обеспечить масштабируемую, подключенную и безопасную среду для устройств IoT путем интеграции инструментов и услуг Mbed.

- Microsoft Azure IoT Suite, платформа, которая состоит из набора служб, которые позволяют пользователям взаимодействовать и получать данные со своих устройств IoT, а также выполнять различные операции над данными, такие как многомерный анализ, преобразование и агрегирование, и визуализировать эти операции в способ, который подходит для бизнеса.

- Brillo / Weave от Google - платформа для быстрого внедрения IoT-приложений. Платформа состоит из двух основных магистралей: Brillo, операционной системы на базе Android для разработки встраиваемых маломощных устройств; и Weave, IoT-ориентированный протокол связи, который служит языком связи между устройством и облаком.

- Calvin, платформа IoT с открытым исходным кодом, выпущенная компанией Ericsson, предназначенная для создания и управления распределенными приложениями, которые позволяют устройствам взаимодействовать друг с другом. Calvin включает среду разработки для разработчиков приложений, а также среду выполнения для работы с запущенным приложением

 

 

LoRaWAN Безопасность и конфиденциальность

 

Важность безопасности и конфиденциальности в любом решении IoT нельзя переоценить. Протокол LoRaWAN определяет шифрование для обеспечения безопасности ваших данных, конкретно 

* Ключи AES128 для каждого устройства

* Мгновенная регенерация / отзыв ключей устройства

* Пакетное шифрование полезной нагрузки для конфиденциальности данных

* Защита от повторных атак

* Защита от атак "человек посередине" LoRa использует два ключа; Ключи сеанса сети и сеанса приложения, оба из которых обеспечивают раздельную, зашифрованную связь для управления сетью и взаимодействия приложений.

Ключ сеанса сети, совместно используемый устройством и сетью, отвечает за аутентификацию данных конечного узла, в то время как ключ сеанса приложения, совместно используемый приложением и конечным узлом, отвечает за обеспечение конфиденциальности данных устройства.

 

Структура безопасности LoRa

 

 

* Бюджет канала 160 дБ

* Мощность передачи +20 дБм

* Исключительный IIP3

* Повышение селективности на 10 дБ по сравнению с FSK

* Терпимый к помехам в канале

* Самый низкий ток RX - 10 мА

* Самый низкий ток сна

* Сверхбыстрое пробуждение (сон в RX / TX)

 

 

Преимущества LoRa

 

Ниже приведены некоторые из преимуществ, связанных с LoRa;

1. Дальность и охват: при дальности LOS до 15 км его дальность нельзя сравнивать с диапазоном других протоколов связи.

2. Низкое энергопотребление: LoRa предлагает радиоприемники сверхнизкого энергопотребления, что делает их идеальными для устройств, которые работают в течение 10 или более лет от одной зарядки аккумулятора.

3. Недорогое оборудование. Инфраструктуры для LoRaWAN чрезвычайно низки по сравнению с другими сетями, а стоимость радиостанций для конечных устройств одинаково низкая. Более того, разрабатываются несколько версий инфраструктур с открытым исходным кодом, таких как шлюзы, что помогает еще больше сократить расходы. Не требуется покупка лицензий на радиочастоту.

4. Высокая емкость. Тысячи конечных устройств могут быть подключены к одному шлюзу LoRa.

 

 

Недостатки LoRa

 

При максимальной скорости передачи данных около 50 Кбит / с LoRa имеет самую низкую скорость передачи данных по сравнению с большинством других технологий, что делает его не идеальным для определенных приложений, где требуется высокая скорость передачи данных. 

Без всякого сомнения можно сказать что в концепции “Интернета Вещей” заложен огромный потенциал, однако любая созданная человеком система не является совершенной и имеет свои достоинства и недостатки. 

 

Плюсы и минусы IoT

 

Некоторые из преимуществ IoT включают в себя: 

- Возможность доступа к информации из любого места в любое время на любом устройстве;

- Улучшена связь между подключенными электронными устройствами;

- Передача пакетов данных по подключенной сети экономит время и деньги;

- Автоматизация задач помогает улучшить качество бизнес-услуг и снижает необходимость вмешательства человека. 

 

Некоторые недостатки IoT включают в себя: 

- По мере того как количество подключенных устройств увеличивается, и между устройствами распространяется больше информации, также увеличивается вероятность того, что хакер сможет украсть конфиденциальную информацию;

- В конечном итоге предприятия могут столкнуться с огромным количеством - может быть, даже с миллионами - IoT-устройств, и сбор и управление данными со всех этих устройств будет сложной задачей.

- Если в системе есть ошибка, вполне вероятно, что каждое подключенное устройство будет повреждено;

- Поскольку не существует международного стандарта совместимости для IoT, устройствам разных производителей сложно общаться друг с другом. 

 

Выводы 

 

Таким образом можно сделать вывод, что все больше IoT устройств в будущем будет востребовано в современных отраслях жизни человечества, а полная реализация своего потенциала повсеместныее вычисления могут достигнуть лишь в связке с облачными технологиями. Основная концепция “граничных вычислений” представляет собой обработку сгенерированных устройствами данных непосредственно вблизи источника с дальнейшей их передачей для анализа и хранения в “облачных” центр обработки данных. Для решения проблемы недостаточно широких или обладающих значительной задержкой каналов, на пути к облачному “ЦОД” могут устанавливаться шлюзы, которые с помощью специальных алгоритмов выделяют лишь самую важную информацию - “знания”. Передача в “облако”, относительно небольшого объема “знаний” предоставляет значительное снижение нагрузки на каналы связи и, тем самым, реализуются преимущества синергии “облачных” и краевых “вычислений”.

Существуют ожидания, что в ближайшем будущем количество межмашинных соединений будет становиться больше на 25% в год, а к 2021 году, всего на Земле будет 28 миллиардов работающих устройств. Из всего этого множества 13 миллиардов придется на устройства портативные устройства пользователей к оторым давно все привыкли: смартфоны, планшетные компьютеры, ноутбуки – в то время как 15 миллиардов будут составлять пользовательское и промышленное оборудование: разного рода датчики, терминалы для продаж, автомобили, табло, индикаторы и т.д.

И хотя цифры из ближайшего будущего поражают воображение, и они не могут быть окончательными. Внедрение IoT будет происходить во всех отраслях, при этом все уровень сложности устройств постоянно будет возрастать.

Из-за стремительного развития технологий, в частности связанном с запуском сетей 5G которое запланировано после 2020 года, произойдет возрастание количества подключенных к сети устройств и может в конечно счете составить около 50 млрд. единиц. Также увеличивающийся процент установки волоконно-оптических кабельных систем FTTD («оптика до рабочего места»), с более совершенными алгоритмами сжатия и оптимизации данных в итоге смогут предоставить уникальную возможность передавать данные непосредственно от IoT/IIoT устройств в “облако” минуя всевозможные шлюзы для оптимизации и предоставляя почти неограниченную свободу в выборе виртуальных инструментов для решения сложных задач.

Прибавим к этому перспективную концепцию “цифровых близнецов”, имеющую шанс в будущем стать общепринятым отраслевым стандартом. Идея о том, что «вещь» в реальном мире имеет цифровое представление в киберпространстве. В этом случае процесс разработки продуктов в цифровой форме и явная привязка производимого продукта к его проектному представлению в течение периода использования начинает соответствовать процессам Industrie 4.0 - а именно четвертой промышленной революции.

В качестве примера можно привести проведенную компанией NVIDIA, 27 марта 2018 г. в городе САН-ХОСЕ, в штате Калифорния конференции GTC, где была представлена облачная система для тестирования автономного транспорта с помощью фотореалистичной симуляции. Данная система позволяет создать более безопасный и масштабируемый вывод автомобилей на дороги.

С помощью виртуального моделирования решение DRIVE Constellation дает возможность повысить надежность алгоритмов, тестируя миллиарды километров привычных сценариев и редких случаев. Все это за достигается за намного меньшее время и минимальные средства, по сравнению с тестированием на реальных дорогах.”

В сумме получается, что все больше IoT устройств в будущем будет востребовано в современных отраслях жизни человечества, а полная реализация своего потенциала краевые IoT вычисления могут достигнуть лишь в связке с облачными технологиями.

 

Источник: https://lanmarket.ua/stats/internet-veshchey/. Сайт lanmarket.ua