БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ В ИНТЕРНЕТЕ ВЕЩЕЙ

Автоматизация различных процессов как в повседневной жизни, так и на производствах существует уже продолжительное время, в определенный момент появилось такой выражение, как “Internet of things”.

Интернет вещей (IoT, Internet of Things) – система объединенных компьютерных сетей и подключенных физических объектов (вещей) со встроенными датчиками и ПО для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека [1].

При этом становится понятно, что физические объекты, особенно если они мобильны, обмениваться информацией могут лишь с помощью беспроводных технологий, к которым предъявляются определенные требования. В связи с этим возникает необходимость выбрать наиболее подходящую технологию беспроводной передачи данных с целью её использования в промышленном интернете вещей.

Целью данной работы является исследование беспроводных технологий передачи данных, сравнение беспроводных технологий и выбор подходящих для использования их в концепции “Интернета вещей”.

Bluetooth

Bluetooth – это открытая беспроводная технология, которая может использоваться для передачи данных на короткие расстояния, обычно 8–10 метров. Большинство мобильных телефонов используют технологию Bluetooth для передачи данных с одного устройства на другое. Преимущество заключается в том, что модули Bluetooth не требуют прямой видимости для связи.

Bluetooth все больше позиционирует себя как технология, подходящая для применения в IoT.  Bluetooth LE уже сейчас умеет маршрутизировать Internеt трафик, определять координаты в помещениях, подключать промышленные программируемые логические контроллеры, поддерживать WEB серверы, подключать весы, термометры, пульсометры, оксиметры, тонометры и массу других вещей. В скором будущем, устройства с BLE смогут организовываться в MESH сети, по технологии схожей с ZigBee и тогда технология будет весьма конкурентоспособна [2].

 В таблице 1 приведено сравнение версий Bluetooth.

Таблица 1.

Сравнительная таблица версий Bluetooth

Wi-Fi

IEEE 802.11. — стандарт более известный как Wi-Fi, создан для соединения в локальное сетевой зоне использующей беспроводную связь. С развитием и все большей популяризацией телефонов, планшетов, ноутбуков и т.д. данный стандарт становится все более востребованным. Общий диапазон частот стандарта IEEE 802.11. равен 0,9; 2,4; 3,6 и 5 ГГц.

Wi-Fi может работать двумя различными способами.

 Первый способ соединяет два устройства, не использую общую точку доступа. Название данного режима Ad-hoc или точка-точка.

Второй подразумевает создание схемы, состоящей из общей точки доступа и устройств, которые соединены с этой точкой, тем самым осуществляется доступ к сети. Обмен сигналом происходит с помощью встроенных антенн.

Существует множество различных стандартов Wi-Fi, их сравнительная таблица представлена в таблице 2.

Таблица 2.

Сравнение стандартов Wi-Fi

ZigBee

ZigBee использует ячеистую топологию сетей и может работать на 868/915 МГц, и в 2450 МГц, объединяя сотни устройств.

В целом, ZigBee хорошо подходит для применения в интернете вещей, так как имеет не высокую скорость работы, но обладает надежностью, способностью к самовосстановлению, проста во внедрении и эксплуатации.

Системы «умный дом», основная область применения ZigBee, из-за плохой стандартизации данная технология не позволит создать специфические приложения, нуждающиеся в совместимости устройств. [3].

ISA100.11a

Изначально стандарт задумывался в соответствии с требованиями одновременной передачи данных по различным протоколам. Данный стандарт многофункционален в промышленных сетях и обеспечивает надежную и безопасную работу, от мониторинга и до управления замкнутых контуров.

ISA100.11a обеспечивает условия для создания открытой, взаимодействующей структуры. Прикладная модель ISA100.11a может быть сформирована для эмуляции предыдущих уровней для любой проводной полевой шины и интегрирована в уже имеющиеся системы. Такая модель позволяет заново использовать имеющиеся и проверенные инструменты и интерфейсы, а кроме того, уменьшить время установки и проведения испытаний, что в конечном счете выливается в сокращение сроков ввода в эксплуатацию надежных решений [3].

Сравнение беспроводных технологий передачи данных

С учетом специфики интернета вещей и полученных знаниях о плюсах и минусах различных беспроводных технологий, была составлена таблица 2.1.

В таблице ниже произведено сравнение технологий по ряду критерий: скорость, частота, потребление энергии, максимальная скорость и дальность, стандарт. Нельзя не отметить превосходство WiFi сетей.

К тому же технология Wi-Fi 802.11 является наиболее доступной.

Таблица 3.

Сравнение беспроводных технологий передачи данных

Заключение

Протоколы решают различные задачи по обеспечению необходимых условий: скорости передачи, радиуса действия, частотного диапазона, уровня энергопотребления и безопасности. Варианты комбинаций этих условий объясняют многообразие протоколов беспроводных соединений «умных» устройств.

Исследование показало преимущество сетей Wi-Fi, особенно стандартов 802.11ah и 802.11af. Эти стандарты были разработаны специально для их использования в Интернете вещей. Их преимущества - низкое потребление энергии и большой диапазон действий. Затем необходимо будет реализовать один из этих стандартов в FPGA.

Cписок литературы:

1. Библиофонд [Электронный ресурс] / Робототехника в нашей жизни – Режим доступа: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=7371– свободный (дата обращения 06.05.2017г.).
2. Школа для электрика [Электронный ресурс] / Классификация систем автоматического управления – Режим доступа: http://electricalschool.info/main/drugoe/1314-klassifikacija-sistem-avtomaticheskogo.html – свободный (дата обращения 06.05.2017г.).
3. Infotech Group [Электронный ресурс] / Обзор протоколов беспроводной связи для Интернета вещей – https://iot.ru/promyshlennost/obzor-protokolov-besprovodnoy-svyazi-dlya-interneta-veshchey (дата обращения 06.05.2017г.).