ТИПЫ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ IoT МАЛОГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ

Интернет вещей стал критической единицей цифровой модификации бизнеса. IoT может сыграть немаловажную роль в цифровом бизнесе, а так же в качестве средства преобразования услуг и продуктов.

К примеру, некоторые изготовители стремятся преобразовать собственную бизнес-модель и перейти от реализации оборудования к взиманию платы за использование оборудования, объем которого определяется интегрированным IoT. Другие изготовители обращаются к IoT для автоматической идентификации покупателей и их пожеланий, интеллектуального обслуживания клиентов, оптимизации операционной деятельности и т.д. Выгода от применения Интернета вещей может быть реализована как в случае использования внутри компании, например, для повышения безопасности сотрудников в опасных производственных условиях, так и ориентироваться на внешние факторы, такие как усовершенствование результатов лечения пациентов в условиях неотложной помощи.

1. Типы беспроводных сетей IoT

Многообразие технологий, применяемых для передачи данных «Интернета вещей», охватывает как проводные, так и беспроводные сети. При построении Интернета вещей, используя беспроводную технологию передачи данных, наиболее значимую роль играют следующие качества: отказоустойчивость, эффективность при условии низких скоростей, возможность самоорганизации и адаптивность.[1]

Применяют следующие типы беспроводных сетей для Интернета вещей:

• Low Power Short Range Networks (LPSRN) – маломощные сети малого радиуса действия;
• Low Power Wide Area Networks (LPWAN) – маломощные сети большого радиуса действия;
• Cellular Network (CN) – технологии, базирующиеся на применении стандартов сотовых сетей в лицензируемом диапазоне.

Short Range и LPWAN используют нелицензированный спектр частот – ISM Bands. В сетях подобных Short Range используют стандарт IEEE 802.15.4, который определяет физический слой и управление доступом для организации маломощных персональных сетей, и составляет основу для следующих протоколов: WirelessHart, WLAN (Wi-Fi), 6LoWPAN, ZigBee, Bluetooth low energy, NFC и MiWi. В сетях LPWAN применяют следующие основные стандарты и технологии – Symphony Link, SigFox, Nwave, Ingenu (RPMA), Weightless, LoRa.

Технологии, базирующиеся на сетях мобильной связи и применяющих лицензируемые частотные диапазоны, выделяют отдельно. Ими являются: стандарты eMTC, NB-IoT и EC-GSM-IoT. NB-IoT и eMTC используют оборудование сетей LTE; EC-GSM-IoT разворачивается над сетями стандарта GSM. При этом технологию NB-IoT относят к маломощным сетям большого радиуса действия (LPWAN).

2. Low Power Short Range Networks

К технологиям Short Range (или технологиям «последних 100 метров») относятся следующие стандарты: IEEE 802.15.4, BLE, IrDA, NFC, WLAN (Wi-Fi) и ряд других.

Сегодня устройства, работающие по технологии Short Range, как правило, не подключены. Глобальная сеть в значительной степени подключена через смартфоны, домашние маршрутизаторы (например, ADSL-маршрутизаторы) и GSM / 3G / 4G-маршрутиаторы.

«Последние 100 метров» представляют более 90 % потенциала, но способы достижения связанного видения чрезвычайно разнообразны. В этом пространстве конкурируют многие различные технологии, в том числе международные стандарты, стандарты, относящиеся к конкретной области и множество запатентованных технологий. [2]

2.1. NFC 

Near field communication (NFC) – это набор протоколов связи, которые позволяют двум электронным устройствам, одним из которых обычно является портативное устройство, такое как смартфон, устанавливать связь, располагая их на расстоянии не более 4 см друг от друга.

Устройства NFC используются в системах бесконтактных платежей, аналогичных тем, которые используются в кредитных картах и смарт-картах электронных билетов, и позволяют мобильным платежам заменять или дополнять эти системы. Это иногда упоминается как NFC/CTLS (бесконтактный) или CTLS NFC. NFC используется для социальных сетей, для обмена контактами, фотографиями, видео или файлами. Устройства с поддержкой NFC могут выступать в качестве электронных документов, удостоверяющих личность, и карточек-ключей. NFC предлагает низкоскоростное соединение с простой настройкой, которое можно использовать для загрузки более функциональных беспроводных соединений.

NFC является расширением стандарта бесконтактных карт ISO 14443, которое объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя в одном устройстве. Кроме того, устройство NFC может связываться с существующими смарт-картами, считывателями ISO 14443 и другими устройствами NFC.

Что касается связи между данной технологией и IoT, существует большой спектр возможного применения NFC в повседневной жизни. Яркими примерами того служат: бесконтактная оплата в магазинах, открывание входной двери, управление электронными устройствами.

2.2. Bluetooth

Bluetooth – это стандарт беспроводной технологии для обмена данными между фиксированными и мобильными устройствами на коротких расстояниях с использованием коротковолновых УВЧ – радиоволн в промышленных, научных и медицинских радиодиапазонах, от 2,400 до 2,485 ГГц, и для создания персональных сетей (PAN). Первоначально он был задуман как беспроводная альтернатива кабелям передачи данных RS-232.

Bluetooth Low Energy (BLE) – это технология беспроводной персональной сети, разработанная и продаваемая специальной группой по интересам Bluetooth (Bluetooth SIG), предназначенная для новых приложений в здравоохранении, фитнесе, индустрии безопасности и домашних развлечений. По сравнению с классическим Bluetooth, BLE предназначен для обеспечения значительно сниженного энергопотребления и стоимости при сохранении аналогичного диапазона связи.

Устройства, использующие BLE, затрачивают куда меньше энергии, чем Bluetooth – устройства прошлых поколений. В большинстве случаев девайсы могут работать более года от одной батареи типа «таблетка» без подзарядки. Исходя из этого, возможна реализация датчиков, которые будут работать непрерывно (к примеру, датчики температуры) и сопрягающихся с другими устройствами, такими как КПК или сотовый телефон. Новая спецификация Bluetooth уменьшает размер конечного устройства и даёт возможность поддержки широкого диапазона приложений для удобного использования в областях здравоохранения, охранных систем и домашних развлечений, физкультуры и спорта.

2.3. Wi-Fi

Wi-Fi является технологией для беспроводной локальной сети устройств на основе стандартов IEEE 802.11.

Устройства, которые могут использовать технологии Wi-Fi, включают, среди прочего, настольные компьютеры и ноутбуки, игровые приставки, смартфоны и планшеты, умные телевизоры, принтеры, цифровые аудиоплееры, цифровые камеры, автомобили и дроны. Wi-Fi-совместимые устройства могут подключаться к Интернету через WLAN и беспроводную точку доступа. Такая точка доступа имеет дальность около 20 метров в помещении и большую дальность на улице. Радиус охвата данной технологии может быть как с небольшую комнату, ограниченную стенами, блокирующими сигнал, так и десятки квадратных километров с помощью нескольких перекрывающихся точек доступа.

Любой человек в пределах досягаемости с контроллером интерфейса беспроводной сети может попытаться получить доступ к сети; из-за этого Wi-Fi более уязвим для атаки (так называемое прослушивание), чем проводные сети. Защищенный доступ Wi-Fi (WPA) – это семейство технологий, созданных для защиты информации, перемещающейся по сетям Wi-Fi, и включает решения для персональных и корпоративных сетей. Функции безопасности WPA включают более надежные средства защиты и новые методы обеспечения безопасности, поскольку ландшафт безопасности со временем менялся.

В рамках технологии IoT, Wi-Fi применим к локальным системам, например, «Умного дома» для связи различных устройств в одну общую сеть. [3]

Вывод

В наше время трудно представить жизнь без Интернета. С каждым днем появляются все более совершенные технологии. Если рассматривать технологию Интернета вещей, то нельзя не обратить внимание на маломощные системы малого радиуса (LPSRN). Было бы ошибочно предполагать, что для обеспечения технологии IoT необходима только одна выбранная технология из рассмотренных. Каждая упомянутая выше технология играет свою роль в общей системе. К примеру, NFC для взаимодействия с устройствами путём одного лишь прикосновения, Bluetooth для передачи данных между устройствами на короткие расстояния и, наконец, Wi-Fi для объединения всех устройств в одну локальную сеть.

Используя всего три технологии можно почувствовать все удобства и преимущества «Умного дома».

Список литературы:

1. iTech// Введение в IoT// Основные технологии реализации Интернета вещей. – 2019 [Электронный ресурс]. URL: https://itechinfo.ru/content/%D0%BE%D0%B1%D0%B7%D0%BE%D1%80-%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B9-short-range
2. u-blox// Short range low power wireless devices and Internet of Things (IoT). – 2015 [Электронный ресурс].URL: https://www.u-blox.com/zh/publication/white-paper/short-range-low-power-wireless-devices-and-internet-things-iot
3. Bluetooth// Specifications. – 2019 [Электронный ресурс]. URL: https://www.bluetooth.com/specifications