Internet vecí je podľa definície digitálna sieť tvorená vzájomne prepojenými objektmi a zároveň sieťou spájajúcou sa s fyzickým svetom. Toto tvrdenie prvýkrát použil Kevin Ashton, britský podnikateľ, ktorý v roku 1999 inicioval trend IoT. Inými slovami, internet vecí môžeme opísať ako sieť vzájomne prepojených zariadení, ktoré dokážu zbierať dáta, analyzovať ich a zdieľať ich s inými zariadeniami. Príkladom môže byť napr. inteligentný systém vetrania a vykurovania vo veľkom podniku. Senzory rozmiestnené po celom objekte môžu zbierať údaje o environmentálnych podmienkach prevládajúcich počas výrobných procesov, ako aj v kanceláriách alebo skladoch. S nimi prepojené ovládače vzduchotechnických jednotiek, infračervených žiaričov a kotlov môžu na zozbierané dáta reagovať, a v reálnom čase upravovať svoje parametre tak, aby bolo možné udržať teplotu, vlhkosť alebo hladinu kyslíka v súlade s normami prijatými v podniku.

Ako IoT funguje?
Ekosystém IoT tvoria inteligentné zariadenia podporujúce konkrétny špecifický typ komunikácie, najčastejšie bezdrôtovú komunikáciu. Ide o také zariadenia, ako mikropočítače, senzory a komunikačné zariadenia, ktoré zhromažďujú, odosielajú a spracúvajú údaje. Zariadenia internetu vecí zdieľajú zhromažďované údaje pripojením k iným nadradeným systémom za účelom ich analýzy a spracovania. Nadradené zariadenia môžu ďalej komunikovať s inými prvkami zhromažďujúcimi údaje a tvoriť tak obrovský spoločný IoT systém. Zariadenia, ktoré sú súčasťou internetu vecí, vykonávajú väčšinu práce bez ľudského zásahu, hoci ľudia s nimi môžu interagovať – napríklad meniť ich konfiguráciu, dávať im pokyny alebo pristupovať k údajom.

Ako IoT zariadenia navzájom komunikujú?
IoT zariadenia sú najčastejšie navzájom prepojené prostredníctvom WI-FI siete. Je to veľmi pohodlné riešenie, niekedy je však tento typ komunikácie pred danú aplikáciu až príliš sofistikovaný. Okrem toho sa stáva, že spustené zariadenie nie je v dosahu žiadnej siete. V takej situácii musíme použiť iný typ komunikácie. Preto sa okrem najpopulárnejších komunikačných protokolov používaných v sieťach IoT oplatí poznať aj tie menej známe a viac špecializované riešenia.

V ponuke TME je možné nájsť množstvo WI-FI a Bluetooth modulov

WIFI v inštaláciách IoT
Absolútnym hegemónom, pokiaľ ide o spôsoby komunikácie medzi IoT zariadeniami, je už spomínané WI-FI. Typické WI-FI pripojenie využíva na výmenu dát rádiové vlny určitých špecifických frekvencií – najpopulárnejšími sú 2,4 GHz a 5 GHz, no čoraz častejšie sa objavuje aj 6 GHz, ktorá poskytuje šírku pásma až 1200 MHz. WI-FI väčšinou využívajú tie najpokročilejšie prvky, ktoré môžu byť súčasťou systému IoT – smartfóny, počítače a mikropočítače. Najpopulárnejšími modulmi podporujúcimi štandard WiFi sú určite ESP8266 a ESP32.

Bluetooth
Bluetooth je jedným z najpoužívanejších komunikačných protokolov krátkeho dosahu. Zariadenia komunikujúce cez toto rozhranie dokážu prenášať dáta na vzdialenosť od jedného až po 100 metrov, v závislosti od výkonovej triedy. Ide o parameter úzko súvisiaci s dosahom, určujúci výstupný výkon vysielača. Existujú tri výkonové triedy - trieda 1 – výkon 100 mW (20 dBm), maximálny dosah: 100 m, trieda 2 – výkon 2,5 mW (4 dBm), maximálny dosah: 10 m, trieda 3 – výkon 1 mW (0 dBm), maximálny dosah: 1 m. Bluetooth je štandardný protokol internetu vecí, ktorý ako dátový nosič, podobne ako v prípade WI-FI, využíva rádiové vlny (väčšinou 2,4 GHz). Bluetooth je relatívne bezpečný komunikačný štandard, ideálny pre mobilné riešenia, v ktorých nie je nevyhnutne potrebná vysoká priepustnosť dát. Základnými vlastnosťami Bluetooth sú krátky dosah a nízky výkon. Za zmienku stojí aj BLE, čiže Bluetooth Low Energy. Ide o nízkoenergetickú verziu protokolu Bluetooth, ktorá sa obzvlášť často používa v oblasti internetu vecí, najmä v malých zariadeniach napájaných z batérie.

Ethernetové siete vyžadujú káblové pripojenie.

Ethernet
Systémy IoT však nie sú len o bezdrôtovej komunikácii. Zariadenia IoT môžu na komunikáciu využívať aj klasický, dobre známy typ káblového pripojenia, akým je Ethernet. Nie je to najpohodlnejšie riešenie, keďže k zariadeniu musí byť pripojený kábel, ktorého vedenie môže byť miestami problematické. Sú však miesta, kde bude založenie novej siete IoT práve na takomto komunikačnom štandarde veľmi jednoduché. Hovoríme tu o väčších podnikoch a továrňach, ktorých všetky časti sú už väčšinou vybavené káblovým sieťovým pripojením. Pre zmodernizovanie firmy je tak možné jednoduchým spôsobom implementovať zariadenia internetu vecí na báze ethernetového pripojenia.

NFC
Jedným z komunikačných protokolov technológie IoT je aj NFC. Ide o sieť s nízkou šírkou pásma a výkonom, ktorá sa používa na výmenu dát na krátke vzdialenosti, väčšinou tak do cca. 4 cm. Tento typ komunikácie sa pre svoju špecifickosť využíva v dosť špecializovaných podmienkach a situáciách, napríklad v prípade bezkontaktných platieb. NFC možno použiť aj v systémoch kontroly prístupu pripojených k väčšej sieti internetu vecí.

Zigbee
ZigBee je protokol umožňujúci prenos dát, ktorý je podobný Bluetooth. Používa sa hlavne v priemyselných podmienkach. Aj tu sa na prenos dát používajú rádiové vlny s frekvenciou 2,4 GHz.. Zigbee sa vyznačuje nízkou spotrebou energie, malou šírkou pásma (len do 250 kbps) a pomerne veľkým dosahom až do 100 m. Aj keď je štandard Zigbee pomerne starý, vďaka svojim vlastnostiam je ideálny pre aplikácie IoT. Za zmienku stojí topológia siete (mesh), ktorá je základom Zigbee. Znamená to, že sieť sa ľahko buduje aj udržiava, pretože k nej pripojené zariadenia sa navzájom spájajú priamym, dynamickým a nehierarchickým spôsobom. Inými slovami, každé zariadenie sa pripája k iným zariadeniam v dosahu, vďaka čomu sa sieť organizuje sama.

Rozširujúce dosky ponúkajú pohodlný spôsob rozšírenia siete IoT

Mobilná sieť
Zariadenia internetu vecí dokážu úspešne prenášať dáta cez mobilné rádiové siete GSM, 4G/LTE a 5G. Toto bude obzvlášť žiaduce riešenie, najmä ak chceme posielať informácie na veľké vzdialenosti. Treba však mať na pamäti, že prenos prostredníctvom mobilnej siete je energeticky dosť náročný, takže pri navrhovaní tohto typu IoT riešení treba zohľadniť nepretržitý prístup k napájaniu či komunikáciu len v konkrétnom a obmedzenom čase , čo však mobilnú sieť diskvalifikuje zo systémov pracujúcich v reálnom čase. Napriek tomu majú mobilné siete jednu dosť dôležitú výhodu – dosah. V súčasnosti je možné vďaka poskytovateľom mobilných sietí umiestniť IoT zariadenia využívajúce toto riešenie prakticky kdekoľvek.

LoRaWAN
LoRaWAN je jednou z najpopulárnejších IoT technológií, určenou predovšetkým pre zariadenia, v ktorých nám záleží na nízkej spotrebe energie. Tento protokol sa vyznačuje nízkou spotrebou energie a nízkou prenosovou rýchlosťou (od 0,3 kbs do 50 kbs). Technológiu LoRaWAN sa odporúča implementovať najmä v malých, často mobilných, batériovo napájaných zariadeniach. Príkladom tu môžu byť snímače hladiny vody rozmiestnené v areáli povrchovej bane. Zariadenia roztrúsené po celom objekte sú pripojené k centrálnej jednotke, ktorá môže byť vzdialená aj niekoľko kilometrov. Táto komunikácia je väčšinou jednosmerná, tzn. senzor odosiela dáta do centrálnej jednotky, väčšinou niekoľkokrát denne. Toto riešenie bohužiaľ neumožňuje prezeranie dát naživo, no vďaka tomu senzor umiestnený v teréne spotrebuje oveľa menej energie a môže byť napájaný batériami.

Sieťová Brána podporujúca LoRaWAN

Sigfox
Jedným z najzaujímavejších riešení IoT je komunikačný štandard Sigfox, trochu podobný LoRaWAN, aj keď sa obe riešenia v skutočnosti dosť výrazne líšia. Sigfox umožňuje prijímať dáta z veľkého množstva zariadení, pričom ale nemusia byť trvalo pripojené k sieti. Zariadenie umiestnené v teréne odosiela malé množstvo dát, jeden balík môže mať maximálne 26 bajtov. Na komunikáciu sa využívajú rádiové frekvencie – v Európe a na Strednom východe je to 868 MHz, zatiaľ čo v Severnej Amerike je to 902 MHz. Jednou z kľúčových výhod Sigfoxu je fakt, že zariadenia nie sú permanentne spojené so žiadnou centrálnou jednotkou. Dáta posielajú do éteru, kde ich prijíma tá jednotka, ktorá je práve v dosahu. Okrem toho je Sigfox založený na technológii cloudu - to znamená, že všetky výpočty vykonávajú centrálne jednotky. Úlohou zariadení v teréne je len zbierať dáta zo senzorov a vysielať ich do siete, vďaka čomu potrebujú na prevádzku len veľmi málo energie a môžu byť napájané batériami.

Modul Sigfox z ponuky MikroE

Z-Wave
Ide o novovznikajúci bezdrôtový komunikačný protokol IoT určený pre zariadenia domácej automatizácie. Z-Wave je nízkoenergetická rádiokomunikačná technológia pracujúca v pásme pod 1 GHz. Je schopná podporovať až 232 zariadení súčasne. Hlavnými oblasťami použitia tohto typu komunikácie sú komponenty domácej automatizácie, ako sú inteligentné lampy a senzory.

Využitie zariadení internetu vecí
Internet vecí pomáha ľuďom žiť a pracovať efektívnejšie a pohodlnejšie. Zariadenia tohto typu môžu byť implementované takmer v každom aspekte nášho života. V domácich podmienkach si môžeme jednoduchým spôsobom vytvoriť systém inteligentných senzorov a akčných členov obsluhovaných hlasovým asistentom. Odteraz môžeme vydaním jedného príkazu zapnúť osvetlenie, zakryť okná či zmeniť teplotu v miestnosti.
Zariadenia IoT sú však mimoriadne užitočné aj v priemysle. Okrem spomínaného manažmentu environmentálnych podmienok v objekte je možné internet vecí využiť aj na riadenie výrobných procesov či riadenie logistiky skladu. Dobre vybudovaný IoT systém umožňuje presne kontrolovať, čo sa v továrni deje. Výkon strojov, prestoje, dodávateľský reťazec, logistické operácie. Všetky tieto údaje je možné zbierať a ukladať a na ich základe následne ďalej optimalizovať chod podniku.

Čo môže byť súčasťou IoT?
Súčasťou IoT môže byť prakticky každé zariadenie a jediným, čo nás v tomto zmysle obmedzuje, je len naša predstavivosť. Všetko môže byť svojim spôsobom smart – inteligentné senzory odosielajúce dáta do cloudu, termostaty ovládané aplikáciou, kamery, ktorých obraz je možné sledovať z druhého konca sveta, žiarovky, v ktorých možno prostredníctvom hodiniek meniť farbu vyžarovaného svetla. Svet IoT zariadení neustále rastie a podľa dostupných údajov už teraz v rámci tohto konceptu pracuje viac ako 20 miliárd rôznych zariadení a jedinou vecou, ktorou si môžeme byť istí, je to, že toto číslo bude naďalej rásť.

Text/Foto Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.