Menú
Gratis
Registro
casa  /  Servicios en línea/ ¿Qué significa el término iot internet de las cosas? #3) Prueba de datos en tiempo real. Cómo se transmiten los datos de Internet de las cosas

¿Qué significa el término iot internet de las cosas? #3) Prueba de datos en tiempo real. Cómo se transmiten los datos de Internet de las cosas

¡Buenas tardes, querida habravchane! Hoy nos gustaría detenernos en la descripción de varias tecnologías de red que se están desarrollando para Internet de las cosas.

El Internet de las Cosas (IoT, Internet of Things) se está convirtiendo en el próximo salto revolucionario en el desarrollo, comparable a la invención de la máquina de vapor o la industrialización de la electricidad. Hoy, la transformación digital está transformando los más diversos sectores de la economía y cambiando nuestro entorno familiar. Al mismo tiempo, como suele suceder en estos casos, el efecto final de estas transformaciones es difícil de predecir, estando al comienzo del viaje.

El proceso que ha comenzado, obviamente, no puede ser uniforme, y hoy algunas industrias están más preparadas para los cambios que otras. Los primeros incluyen la electrónica de consumo, el transporte, la logística, el sector financiero y los segundos, por ejemplo, la agricultura. Aunque aquí hay proyectos piloto exitosos, que prometen resultados interesantes.

El proyecto TracoVino, uno de los primeros intentos de utilizar IoT en el famoso valle de Mosel, la región vinícola más antigua de la Alemania moderna. La solución se basa en una plataforma en la nube que automatiza todos los procesos en el viñedo, desde el cultivo de materias primas hasta el embotellado. Los datos necesarios para tomar decisiones ingresan al sistema desde varios tipos de sensores. Además de determinar temperatura, humedad del suelo y monitorear medioambiente, pueden determinar la cantidad de radiación solar, la acidez del suelo y el contenido de elementos biogénicos en el mismo. ¿Qué da? TracoVino no solo permite a los enólogos obtener Idea general sobre el estado de su viñedo, sino también para analizar áreas específicas del viñedo para identificar problemas, obtener información temprana sobre posible contaminación e incluso obtener pronósticos sobre la calidad y cantidad del vino, lo que permite a los enólogos celebrar contratos a plazo.

¿Qué más se puede conectar a las redes? Los escenarios más desarrollados para el uso de IoT incluyen "ciudades inteligentes". Según Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics y el Departamento de Transporte de EE. UU., estos proyectos ahora tienen más de mil millones de dispositivos en todo el mundo que son responsables de diversas funciones en los sistemas de agua, tránsito, salud pública y seguridad. Se trata de estacionamientos inteligentes que optimizan el uso de las plazas de estacionamiento, un sistema inteligente de abastecimiento de agua que monitorea la calidad del agua que consumen los habitantes de la ciudad, smart paradas de autobus, permitiéndole obtener información precisa sobre el tiempo de espera del transporte deseado, y mucho más.

La industria ya tiene cientos de millones de dispositivos listos para conectarse. Entre ellos se encuentran sistemas para mantenimiento y reparación inteligentes, contabilidad y seguridad logística, así como bombas, compresores y válvulas inteligentes. En los sectores de energía y utilities intervienen un gran número de dispositivos: numerosos contadores, elementos de automatización de redes de distribución, equipos de consumo, infraestructuras de carga eléctrica e infraestructuras para fuentes de energía renovables y distribuidas. En el sector sanitario, las herramientas de diagnóstico, los laboratorios móviles, los implantes varios, los dispositivos de telemedicina están y seguirán estando conectados al Internet de las Cosas.

Se espera que en los próximos años el número de conexiones de máquinas aumente un 25% anual, y en total para 2021 habrá 28 mil millones de dispositivos conectados en el planeta. De estos, solo 13 mil millones recaerán en los dispositivos de usuario habituales: teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles y PC, mientras que 15 mil millones serán dispositivos de usuario e industriales: diferente tipo sensores, terminales de venta, coches, marcadores, indicadores, etc.

A pesar de las cifras aparentemente sorprendentes del futuro cercano, no son definitivas. IoT se implementará en todas partes, y cuanto más lejos, más dispositivos, simples y complejos, deberán conectarse. A medida que avanza la tecnología, y especialmente impulsada por el lanzamiento de las redes 5G después de 2020, la cantidad de dispositivos conectados crecerá a un ritmo acelerado, acercándose a 50 mil millones muy pronto.

La naturaleza masiva de las conexiones y los diversos casos de uso dictan los requisitos para las tecnologías de red de IoT en el rango más amplio. Las tasas de transferencia de datos, los retrasos, la confiabilidad (garantía) de la transmisión están determinados por las características de una aplicación en particular. Sin embargo, hay algunos comunes objetivos, que nos obligan a considerar por separado las tecnologías de red para IoT y cómo se diferencian de las redes móviles tradicionales.

En primer lugar, el costo de implementar la tecnología de red en el dispositivo final debería ser mucho menor que los módulos GSM/WCDMA/LTE existentes que se utilizan en la producción de teléfonos inteligentes y módems, incluso en la clase más asequible. Una de las razones que dificultan la adopción masiva de dispositivos conectados es el alto costo de un conjunto de chips que implementa una pila completa de tecnologías de red, incluida la transmisión de voz y muchas otras funciones que no son necesarias en la mayoría de los escenarios de IoT.

Relacionado con esto, pero formulado por separado, el requisito es un bajo consumo de energía y una batería de larga duración. Muchos escenarios y aplicaciones de IoT proporcionan suministro de energía autónomo de dispositivos conectados desde baterías integradas. La simplificación de los módulos de red y el diseño de eficiencia energética permiten una vida útil de la batería de hasta 10 años con una capacidad de batería de 5Wh. Dichos indicadores, en particular, se pueden lograr debido a la reducción en el volumen de datos transmitidos y el uso de largos períodos de "silencio", durante los cuales el dispositivo no recibe ni transmite información y prácticamente no consume electricidad. Sin embargo, la implementación de mecanismos específicos difiere de una tecnología a otra.

La cobertura de red es otra característica que debe revisarse. Hoy en día, la cobertura de la red móvil proporciona una transmisión de datos bastante estable en áreas pobladas, incluso en interiores. Sin embargo, los dispositivos conectados también se pueden ubicar donde no hay personas la mayor parte del tiempo: áreas remotas, largas líneas ferroviarias, la superficie de grandes masas de agua, sótanos, cajas aisladas de hormigón y metal, huecos de ascensores, contenedores, etc. El objetivo para resolver este problema, según la mayoría de los participantes del mercado de IoT, es mejorar el presupuesto de la línea en 20 dB en relación con las redes GSM tradicionales, que son líderes en cobertura entre las tecnologías móviles en la actualidad.

Los diferentes casos de uso de Internet de las cosas en diferentes industrias implican requisitos de comunicación completamente diferentes. Y no se trata solo de la capacidad de escalar rápidamente la red en términos de la cantidad de dispositivos que deben conectarse. Si en el ejemplo del “viñedo inteligente” que hemos descrito, estaban involucrados muchos sensores bastante simples, entonces empresas industriales Se conectarán robots muy complejos que realizarán acciones y no solo fijarán ciertos parámetros ambientales. También puede pensar en el campo de la atención médica, en particular en equipos para telemedicina. El uso de estos complejos diseñados para diagnósticos remotos, monitoreo de procedimientos médicos complejos y capacitación remota utilizando comunicación de video en tiempo real, sin duda, impondrá requisitos completamente diferentes en términos de retrasos de señal, transmisión de datos, confiabilidad y seguridad.

Las tecnologías de IoT deben ser lo suficientemente flexibles para proporcionar un conjunto diferente de características de red según el caso de uso, priorizando decenas y cientos varios tipos tráfico de red y redistribución óptima de los recursos de red para ahorrar eficiencia económica. Millones de dispositivos conectados, docenas de casos de uso, administración y control flexibles: todo esto debe implementarse dentro de una sola red.

Numerosos desarrollos recientes en el campo de la transmisión inalámbrica de datos se han dedicado a resolver estos problemas, tanto relacionados con el deseo de adaptar las arquitecturas y protocolos de red existentes, como con la creación de nuevas soluciones de sistema desde cero. Por un lado, vemos las llamadas "soluciones capilares", con bastante éxito tareas decisivas Comunicaciones IoT dentro del mismo local o en un área limitada. Tales soluciones incluyen Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee y sus numerosos análogos, que son populares en la actualidad.

Por otro lado, las tecnologías móviles modernas están obviamente fuera de competencia en términos de cobertura y escalabilidad de una infraestructura bien administrada. Según el Informe de Movilidad de Ericsson, la cobertura GSM es el 90% del área poblada del planeta, las redes WCDMA y LTE el 65% y el 40%, respectivamente, con una construcción de red activa en curso. Los pasos dados en el desarrollo de los estándares de comunicación móvil, en particular la especificación 3GPP Release 13, apuntan precisamente a lograr los objetivos de IoT manteniendo los beneficios del uso del ecosistema global. La evolución de estas tecnologías formará la base para futuras modificaciones de los estándares de comunicación móvil, incluidos los estándares de red de quinta generación (5G).

Las tecnologías alternativas de baja potencia para el espectro de frecuencia sin licencia generalmente están destinadas a aplicaciones más limitadas. La necesidad de crear una nueva infraestructura y las tecnologías cerradas dificultan significativamente la difusión de este tipo de sistemas.

Consideremos qué extensiones de estándares móviles están definidas para su inclusión en la última versión de las recomendaciones de la versión 13 de 3GPP.

CE GSM

El grupo de trabajo GERAN que desarrolla tecnologías GSM ha propuesto un paquete de características avanzadas llamado EC-GSM (variantes del mismo nombre: EC-GPRS, EC-GSM-IoT). Esta tecnología proporciona cambios relativamente pequeños en relación con el GSM / GPRS / EDGE básico, lo que permite utilizar la gran mayoría de las estaciones base instaladas de este estándar sin reemplazar o actualizar el hardware.

Estas son las principales características:

De hecho, se utiliza una portadora estándar GSM/GPRS, con cambios para aumentar el presupuesto de línea, incrementar el número de dispositivos y reducir el costo de implementación de la tecnología en el dispositivo final.

Principales cambios introducidos:

1) DRX extendido (eDRX, recepción discontinua extendida) para GSM y modo de ahorro de energía (PSM) - reduciendo la frecuencia de los mensajes de señalización obligatorios, optimizando los intervalos de recepción y recepción de información, soportando largos periodos de "silencio" de hasta 52 minutos, durante los cuales el dispositivo permanece conectado a la red sin transmitir ni recibir información.

2) cobertura extendida– adaptación de la capa de enlace de la red, que utiliza, entre otras cosas, la repetición múltiple de la información transmitida para mejorar la cobertura en 20 dB en comparación con los sistemas tradicionales.

3) Otras mejoras: simplificación de la señalización de red (rechazo de soporte para la parte de señalización que proporciona operación conjunta con redes WCDMA/LTE); ampliación de los mecanismos de seguridad de autenticación y conexión, etc.

La ventaja clave de EC-GSM es la disponibilidad de la infraestructura de red (en la mayoría de los casos, solo se requiere una actualización software en los nodos de la red), así como en la prevalencia de las redes GSM y su cobertura.

eMTC

La variante eMTC (también llamada LTE-M, LTE Cat.M1) es una adaptación de IoT para redes LTE. El enfoque sigue siendo lograr objetivos masivos de IoT (costo, cobertura, duración de la batería) al tiempo que se garantiza la máxima compatibilidad con la infraestructura de red existente de los operadores.
Una diferencia importante entre la tecnología eMTC es su alto rendimiento, hasta 1 Mbps en cada dirección (de suscriptor a suscriptor). Es hora de recordar la variedad de casos de uso de IoT que abordamos al principio del artículo. En ciertos casos, dichas velocidades de datos serán claramente requeridas.

EMTC está diseñado para reducir el costo del dispositivo IoT final mediante la eliminación de la funcionalidad LTE, que está en demanda y se usa ampliamente en las redes de acceso de banda ancha móvil (MBAN), pero se vuelve redundante cuando los dispositivos IoT están conectados masivamente. Esta es una continuación del trabajo iniciado por 3GPP en la versión de especificación anterior (Versión 12), que definió LTE Cat.0 para IoT. eMTC también agrega mecanismos Extended DRX y PSM para LTE, que resuelven el problema de reducir el consumo de energía de la misma manera que se mostró anteriormente para EC-GSM.

Al igual que con EC-GSM, eMTC tiene una infraestructura de red de alta disponibilidad y se puede implementar en redes LTE existentes con una actualización de software. Además, las redes MWAP e IoT pueden coexistir y redistribuir dinámicamente los recursos utilizados (espectro de frecuencia, potencia de cómputo de la estación base, etc.) según el tipo y número de dispositivos conectados y el tráfico que generan.

NB-IoT

Narrowband IoT (IoT de banda estrecha) es una dirección relativamente nueva en el desarrollo de tecnologías de red IoT y, a pesar de que su uso proporciona una estrecha interacción e integración con LTE, todavía estamos hablando de crear un nuevo tipo de acceso de radio, las características de los cuales tienen más diferencias que similitudes con las tecnologías disponibles.

Se espera que una reelaboración significativa de los protocolos de la capa de enlace reduzca el costo de un dispositivo NB-IoT en comparación con LTE Cat.M1 en un 90 %. Muchos fabricantes de equipos de red y módulos de suscriptor ya han anunciado la compatibilidad con la tecnología NB-IoT en sus productos: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, así como los principales operadores de telecomunicaciones, incluidos, por ejemplo, Vodafone, Deutsche Telekom y China Unicom. .

Así, con la adopción de la versión final de las especificaciones EC-GSM, eMTC y NB-IoT, prevista para junio de este año, los participantes del mercado tendrán a su disposición tres herramienta eficaz Desarrollo de redes IoT. Cada uno de ellos tiene sus propias características y ventajas según el caso de uso específico y las características de la red móvil en la que se desplegarán. Sin embargo, en cualquier caso, las ventajas del ecosistema global, la disponibilidad y preparación de una red e infraestructura de TI desplegadas, el uso de un espectro de frecuencia protegido (con licencia) funcionarán para reducir el costo de implementación y operación. Esto significa que en un futuro cercano esperamos un crecimiento explosivo de proyectos que los utilicen.

En esto terminaremos nuestra historia y agradeceremos a los habravchans por su atención! En la próxima publicación, nos centraremos en los aspectos tecnológicos de la tecnología NB-IoT.

¡Buen dia amigos!
En realidad, cada vez más en Internet hay una descripción de varios dispositivos de Internet. Aquí hay alguien que ha creado su propia salida de Internet, aquí están los muchachos que se ofrecen a controlar refrigeradores, cafeteras, etc., pero en general, estacionamientos "inteligentes".
Pero resultó que no mucha gente entiende realmente qué es el "Internet de las cosas".

Este artículo debería ser útil para muchos, al menos "para el desarrollo general".
Entonces, a quién le importa, bienvenido bajo cat.

En lugar de una introducción

Una vez escuché la frase "el concepto de Internet de las cosas". De una redacción, quedó claro de inmediato que estamos hablando de cosas que tienen acceso a la red. En ese momento no estaba particularmente interesado en esta área. Después de un tiempo, escuché la frase: "Internet de las Cosas...". Incluso entonces pensé que la persona hizo una reserva, porque. frase era un poco tonta. Pero luego comencé a escuchar más y más a menudo la misma frase, mientras que mi cerebro se negaba a percibirla, hasta que finalmente decidí leer sobre ella con más detalle. Después de leer solo el nombre original: Internet de las cosas, inmediatamente me di cuenta de que cuando escuché "Internet de las cosas", estaba tratando de conectarlo con el concepto de "Internet de las cosas", y no con la "red de las cosas". En realidad, debido a una situación tan divertida, me interesé en este tema.
Por cierto, es interesante, ¿esta frase me pareció ridícula a primera vista, o todos tuvieron exactamente la misma sensación (por supuesto, si no habías escuchado la redacción en inglés antes)?

Veamos qué cosas interesantes en nuestra historia se han conectado con el Internet de las cosas. Por supuesto, hay muchos hechos: la creación misma de Internet y la creación de la primera página en la red, etc., probablemente no se pueden enumerar, por lo que escribiré lo más interesante, como me parece, y el más cercano directamente al Internet de las cosas.

  • En 1926, Nikola Tesla, en una entrevista para la revista Collier, dijo que en el futuro, la radio se transformaría en un "gran cerebro", todas las cosas pasarían a formar parte de un todo único, y las herramientas que lo hicieron posible encajarían fácilmente. en tu bolsillo.
  • En 1990, un graduado del MIT, uno de los padres del protocolo TCP/IP, John Romky creó la primera Internet Thing del mundo. Conectó su tostadora.
  • El término "Internet de las cosas" fue acuñado por Kevin Ashton en 1999. En el mismo año, se creó el Auto-ID Center, que se ocupa de la identificación por radiofrecuencia (RFID) y las tecnologías de sensores, gracias a las cuales este concepto se ha generalizado.
  • En 2008-2009, hubo una transición de la "Internet de las personas" a la "Internet de las cosas", es decir, el número de objetos conectados a la red superó el número de personas.

¿Qué es el Internet de las Cosas?

Ahora nos ocuparemos de cuestiones más formales.
Hay muchas definiciones para el Internet de las Cosas. Por Internet de las Cosas entenderemos una red única que conecta los objetos del mundo real que nos rodea y los objetos virtuales.
IOT es el concepto de un espacio en el que se puede combinar todo, desde los mundos analógico y digital; esto redefinirá nuestra relación con los objetos, así como las propiedades y la esencia de los objetos mismos.©Rob Van Cranenburg.

Según una de las definiciones, desde el punto de vista de IoT, "cosa": cualquier objeto real o virtual que existe y se mueve en el espacio y el tiempo y puede determinarse de manera única[interesante, por cierto, ¿cómo se mueve un objeto virtual en el espacio? :)].
Aquellas. El Internet de las cosas no es solo un conjunto de diferentes dispositivos y sensores interconectados por canales de comunicación alámbricos e inalámbricos y conectados a Internet, sino que es una integración más estrecha de lo real y lo mundos virtuales en el que se realiza la comunicación entre personas y dispositivos.

Se supone que en el futuro las “cosas” se convertirán en participantes activos de los procesos empresariales, informativos y sociales, donde podrán interactuar y comunicarse entre sí, intercambiando información sobre el entorno, reaccionando e influyendo en los procesos que tienen lugar en el entorno. mundo circundante, sin intervención humana.
Según Rob Van Cranenburg, Internet de las cosas es un “pastel de cuatro capas”.

  • El nivel 1 está asociado a la identificación de cada objeto.
  • El nivel 2 proporciona un servicio para satisfacer las necesidades del consumidor (se puede considerar como una red de sus propias "cosas", un ejemplo particular es una "casa inteligente").
  • El nivel 3 está asociado con la urbanización de la vida de la ciudad. Aquellas. este es el concepto de una "ciudad inteligente", donde toda la información que concierne a los habitantes de esta ciudad se concentra en un área residencial específica, en su casa y casas vecinas.
  • Nivel 4 - planeta sensorial.
En otras palabras, la Internet de las cosas puede verse como una red de redes en las que las redes pequeñas y poco conectadas forman redes más grandes.


Por supuesto, se necesita un lenguaje común para la comunicación y la interacción de los dispositivos. Cisco realizó un análisis técnico exhaustivo que mostró que IP bien podría adaptarse a los requisitos de los nuevos tipos de redes. En este caso, el "Internet de las cosas" recibirá las mismas ventajas (interoperabilidad, escalabilidad y, lo que es más importante, un único lenguaje común) que en un momento convirtió una compleja matriz de redes públicas y privadas en un único sistema de comunicación global conocido como La Internet.
Inmediatamente señalaré que, en este caso, IP es solo un medio de comunicación, se podría decir, estas son las "cuerdas vocales y los oídos" de los dispositivos. Pero todavía no estamos hablando directamente de un solo lenguaje de comunicación, pero hablaré de esto en otro artículo, que escribiré más adelante.

Tecnología

Este concepto suele estar asociado al desarrollo de dos tecnologías. Estas son la identificación por radiofrecuencia (RFID) y las redes de sensores inalámbricos (WSN).
Esto es lo que la wiki nos dice al respecto.
Sensor de redes inalámbricas
Una red de sensores inalámbricos es una red distribuida y autoorganizada de muchos sensores (sensores) y actuadores, interconectados a través de un canal de radio. Además, el área de cobertura de dicha red puede variar desde varios metros hasta varios kilómetros debido a la capacidad de transmitir mensajes de un elemento a otro.
Esta tecnología se utiliza para resolver muchos tareas practicas relacionados con el seguimiento, la gestión, la logística, etc.
rfid
RFID (Ing. Identificación por radiofrecuencia, identificación por radiofrecuencia) es un método de identificación automática de objetos en el que los datos almacenados en los llamados transpondedores, o etiquetas RFID, se leen o escriben mediante señales de radio.
Esta tecnología es muy adecuada para rastrear el movimiento de ciertos objetos y obtener una pequeña cantidad de información de ellos. Entonces, por ejemplo, si todos los productos estuvieran equipados con etiquetas RFID y el refrigerador con un lector RFID, entonces podría rastrear fácilmente la fecha de vencimiento de los productos y podríamos, por ejemplo, al salir del trabajo mirar de forma remota en el refrigerador y determinar qué necesita ser comprado más.

Problemas y desventajas

la mayoría problema principal Hoy es la falta de estándares en esta área, lo que dificulta la integración de las soluciones que se ofrecen en el mercado y dificulta en gran medida la aparición de otras nuevas.
Además, para el pleno funcionamiento de dicha red, la autonomía de todas las "cosas", es decir. los sensores deben aprender a obtener energía del ambiente, y no trabajar con baterías, como es el caso ahora.

La presencia de una enorme red que controla todo el el mundo, la apertura global de datos y otras características pueden tener consecuencias negativas. Creo que todos pueden hacer una lista de posibles amenazas y problemas que trae esta tecnología.

No puedo dejar de citar una cita que realmente me gustó:
"“Sí, no se rompió”, dijo a regañadientes, “pero... verás, mi temperatura está ligeramente por debajo de lo normal. ¡Sí, no en la casa, sino en el cuerpo! No treinta y seis y seis, sino treinta y seis y un décimo. Bueno, hay esas personas, dos o tres por millón, esto también es, por así decirlo, la norma, aunque en el límite. Pero esta estúpida casa inteligente, ¿qué tan inteligente es? - requiere que me tome unas pastillas!.. Ahora tengo que apagar este sistema o reprogramarlo, de lo contrario llamará al trabajo, ya lo hizo la semana pasada cuando se enteró de que tenía estreñimiento, ahora en la oficina hasta aspirar los limpiadores relinchan apenas entro..."© Yuri Nikitin Rasvetniki.

¿Y de esto qué?

Bueno, para no terminar con una nota negativa, quiero decir que, de todos modos, las deficiencias no son significativas en comparación con las oportunidades que puede brindar el Internet de las cosas.

Con el desarrollo del Internet de las cosas, cada vez más elementos se conectarán a la red global, creando así nuevas oportunidades en el campo de la seguridad, el análisis y la gestión, abriendo nuevas y más amplias perspectivas y mejorando la calidad de vida de la población. .

¡Gracias por su atención!

En el próximo artículo, le contaré con más detalle sobre la arquitectura y los protocolos, y consideraré varias implementaciones existentes.

PD: Me gustaría escuchar su actitud hacia este concepto y tal vez algunas adiciones/modificaciones al material presentado.

Cuando se les pedía que nombraran lo esencial, muchos respondían: comida, un techo sobre la cabeza, ropa... Con una salvedad: así ocurría en el siglo pasado.

Desde entonces, la especie Homo sapiens ha acumulado necesidades. Necesitamos que la iluminación sea controlada sensores automáticos, y no solo conmutadores, para que los sistemas inteligentes monitoreen la salud y el tráfico. La lista continúa… En general, sabemos cómo hacer la vida más fácil y mejor.

Intentemos descubrir cómo funciona todo este Internet de las cosas antes de pasar a las pruebas.

El Internet de las Cosas (o IoT) es una red que conecta muchos objetos: vehículos, domótica, equipamiento médico, microchips, etc. Todos estos elementos constitutivos acumulan y transmiten datos. A través de esta tecnología, el usuario controla los dispositivos de forma remota.

Ejemplos de dispositivos IoT

#1) Tecnología usable:

Las pulseras de fitness Fitbit y los relojes inteligentes Apple Watch se sincronizan fácilmente con otros dispositivos móviles.

Esto facilita la recopilación de información de salud: frecuencia cardíaca, actividad corporal durante el sueño, etc.

#2) Infraestructura y Desarrollo

La aplicación de CitySense modo en línea analiza los datos de iluminación y enciende o apaga automáticamente las luces. Hay aplicaciones que controlan los semáforos o te avisan cuando hay estacionamiento disponible.

#3) Salud

Algunos sistemas que rastrean el estado de salud se utilizan en los hospitales. Su trabajo se basa en datos indicativos. Estos servicios controlan la dosificación de medicamentos en diferentes momentos del día. Por ejemplo, la aplicación UroSense monitorea el nivel de líquido en el cuerpo y, si es necesario, aumentará este nivel. Y los médicos obtienen información sobre los pacientes de forma inalámbrica.

Tecnologías que están presentes en IoT

  • rfid(identificación por radiofrecuencia), EPC (código electrónico de producto)
  • NFC("comunicación de campo cercano") proporciona comunicación bidireccional entre dispositivos. Esta tecnología está presente en los teléfonos inteligentes y se utiliza para transacciones sin contacto.
  • Bluetooth. Ampliamente utilizado en situaciones donde la comunicación de corto alcance es suficiente. La mayoría de las veces está presente en dispositivos portátiles.
  • onda Z. Tecnologías RF de baja frecuencia. Suele utilizarse para domótica, control de iluminación, etc.
  • Wifi. La red más popular para IoT (transferencia de archivos, datos y mensajes).

Pruebas de IoT

Considere un ejemplo: Un sistema médico que monitorea el estado de salud, la frecuencia cardíaca, los niveles de líquidos y envía informes a los profesionales de la salud. Los datos se muestran en el sistema; archivos disponibles. Y los médicos ya están decidiendo si tomar medicamentos para el paciente de forma remota.

Hay varios enfoques para probar la arquitectura IoT.

#1) Usabilidad:

  • Es necesario asegurar cada uno de los dispositivos.
  • Un dispositivo médico que monitorea la salud debe ser portátil.
  • Necesita un equipo bien pensado que envíe no solo notificaciones, sino también mensajes de error, advertencias, etc.
  • El sistema debe tener una opción que capture eventos para que el usuario final sea más claro. Si no se proporciona esta posibilidad, la información sobre los eventos se almacena en la base de datos.
  • La capacidad de procesar datos e intercambiar tareas entre dispositivos se comprueba cuidadosamente.

#2) Seguridad IoT:

  • Los datos son el núcleo de todos los dispositivos conectados. Por lo tanto, no se descarta el acceso no autorizado durante la transferencia de datos. Desde el punto de vista, es necesario verificar qué tan seguros/encriptados están los datos.
  • Si hay una interfaz de usuario, debe verificar si está protegida con contraseña.

#3) Funciones de red:

  • La conectividad y la funcionalidad de IoT son fundamentales. Después de todo, estamos hablando de un sistema que se utiliza con fines sanitarios.
  • Se comprueban dos aspectos principales:
  • Disponibilidad de red, capacidades de transferencia de datos (si los trabajos se transfieren de un dispositivo a otro sin problemas).
  • Escenario cuando no hay conexión. Independientemente del nivel de confiabilidad del sistema, existe la posibilidad de que el estado del sistema sea "fuera de línea". Si la red no está disponible, el hospital u otra organización debe saberlo (notificaciones). Por lo tanto, podrán monitorear la condición del paciente por sí mismos y no esperar a que el sistema funcione. Por otro lado, este tipo de sistemas suelen tener un mecanismo que guarda datos si el sistema está fuera de línea. Es decir, se excluye la pérdida de datos.

#4) Eficiencia:

  • Es necesario considerar cómo la solución para el sector salud es aplicable en condiciones específicas.
  • Las pruebas involucran de 2 a 10 pacientes, los datos se transmiten a 10-20 dispositivos.
  • Si todo el hospital está conectado a la red, ya son 180-200 pacientes. Es decir, habrá más datos reales que datos de prueba.
  • Además, es necesario protestar a la utilidad por monitorear el sistema: carga actual, consumo de electricidad, temperatura, etc.

#5) Pruebas de compatibilidad:

  • Este elemento siempre está presente en el plan de prueba del sistema IoT.
  • La compatibilidad de diferentes versiones de sistemas operativos, tipos de navegadores y sus respectivas versiones, dispositivos de diferentes generaciones, modos de comunicación [por ejemplo, Bluetooth 2.0, 3.0] es extremadamente importante para IoT.

#6) Prueba piloto:

  • La prueba piloto es un elemento obligatorio del plan de prueba.
  • Solo las pruebas en el laboratorio nos permitirán concluir que el sistema es funcional.
  • Durante la prueba piloto, el número de usuarios es limitado. Manipulan la aplicación y expresan su opinión.
  • Estos comentarios son muy útiles, le permiten hacer una aplicación confiable.

#7) Verificación de cumplimiento:

  • Un sistema que realiza un seguimiento del estado pasa por muchas comprobaciones de cumplimiento.
  • También sucede que un producto de software pasa todas las etapas de prueba, pero no pasa la prueba de cumplimiento final [la prueba la lleva a cabo el organismo regulador].
  • Es más conveniente verificar el cumplimiento de las normas y estándares antes de iniciar el ciclo de desarrollo.

#8) Probando actualizaciones:

  • IoT es una combinación de muchos protocolos, dispositivos, sistemas operativos, firmware, hardware, capas de red, etc.
  • Cuando ocurre una actualización, ya sea una actualización del sistema o cualquier otra cosa mencionada anteriormente, se requieren pruebas de regresión exhaustivas. La estrategia general se está modificando para evitar las complicaciones asociadas con la actualización.

Desafíos de las pruebas de IoT

#1) Duro/Blando

IoT es una arquitectura en la que los componentes de software y hardware están estrechamente entrelazados. No solo el software es importante, sino también el hardware: sensores, puertas de enlace, etc.

Uno solo no será suficiente para certificar el sistema. Todos los componentes constituyentes son interdependientes. IoT es mucho más complejo que los sistemas más simples [solo software o solo hardware].

#2) Modelo de interacción de dispositivos

Los componentes de la red deben interactuar en tiempo real o casi en tiempo real. Todo se convierte en uno, de ahí las complejidades adicionales asociadas con IoT (seguridad, compatibilidad con versiones anteriores y actualizaciones).

#3) Prueba de datos en tiempo real

Es extremadamente difícil obtener estos datos. El asunto se complica por el hecho de que el sistema, como en el caso descrito, puede estar relacionado con el sector salud.

#4) interfaz de usuario

Una red IoT generalmente consta de diferentes dispositivos que están controlados por diferentes plataformas. La prueba solo es posible en algunos dispositivos, ya que es casi imposible probar en todos los dispositivos posibles.

#5) Disponibilidad de la red

La conexión de red juega un papel importante en IoT. Se aumenta la velocidad de transferencia de datos. La arquitectura IoT debe probarse bajo diferentes condiciones de conexión, a diferentes velocidades. Los emuladores de redes virtuales se utilizan en la mayoría de los casos para diversificar los elementos de carga, conectividad, estabilidad, etc. de la red. Pero los datos reales son siempre nuevos escenarios, y el equipo de prueba no sabe dónde surgirán las dificultades en el futuro.

Herramientas de prueba de IoT

Hay muchas herramientas que se utilizan para probar los sistemas IoT.

Radio definida por software : emula un receptor y un transmisor para varias puertas de enlace inalámbricas.

El IoT es un mercado emergente con muchas oportunidades. En un futuro previsible, Internet de las cosas se convertirá en una de las principales áreas de trabajo de los equipos de prueba. Los dispositivos de red, las aplicaciones de dispositivos inteligentes y los módulos de comunicación juegan un papel importante en el estudio y la evaluación de varios servicios.

Salir

El enfoque de las pruebas de IoT puede diferir según el sistema o la arquitectura específicos.

Probar IoT es difícil, pero al mismo tiempo es trabajo interesante, afortunadamente, los evaluadores tienen un lugar para balancearse; después de todo, hay muchos dispositivos, protocolos y sistemas operativos.

PD Vale la pena probar el formato TAAS ("pruebas desde el punto de vista del usuario"), y no solo seguir los requisitos formales.

¡Buenas tardes, querida habravchane! Hoy nos gustaría detenernos en la descripción de varias tecnologías de red que se están desarrollando para Internet de las cosas.

El Internet de las Cosas (IoT, Internet of Things) se está convirtiendo en el próximo salto revolucionario en el desarrollo, comparable a la invención de la máquina de vapor o la industrialización de la electricidad. Hoy, la transformación digital está transformando los más diversos sectores de la economía y cambiando nuestro entorno familiar. Al mismo tiempo, como suele suceder en estos casos, el efecto final de estas transformaciones es difícil de predecir, estando al comienzo del viaje.

El proceso que ha comenzado, obviamente, no puede ser uniforme, y hoy algunas industrias están más preparadas para los cambios que otras. Los primeros incluyen la electrónica de consumo, el transporte, la logística, el sector financiero y los segundos, por ejemplo, la agricultura. Aunque aquí hay proyectos piloto exitosos, que prometen resultados interesantes.

El proyecto TracoVino, uno de los primeros intentos de utilizar IoT en el famoso valle de Mosel, la región vinícola más antigua de la Alemania moderna. La solución se basa en una plataforma en la nube que automatiza todos los procesos en el viñedo, desde el cultivo de materias primas hasta el embotellado. Los datos necesarios para tomar decisiones ingresan al sistema desde varios tipos de sensores. Además de determinar la temperatura, la humedad del suelo y el monitoreo ambiental, pueden determinar la cantidad de radiación solar, la acidez del suelo y el contenido de nutrientes. ¿Qué da? TracoVino no solo permite a los enólogos tener una idea general del estado de su viñedo, sino también analizar áreas específicas de su viñedo para identificar problemas, obtener una alerta temprana de posible contaminación e incluso obtener pronósticos de calidad y cantidad de vino, lo que permite enólogos para celebrar contratos a plazo.

¿Qué más se puede conectar a las redes? Los escenarios más desarrollados para el uso de IoT incluyen "ciudades inteligentes". Según Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics y el Departamento de Transporte de EE. UU., estos proyectos ahora tienen más de mil millones de dispositivos en todo el mundo que son responsables de diversas funciones en los sistemas de agua, tránsito, salud pública y seguridad. Se trata de estacionamientos inteligentes que optimizan el uso de los espacios de estacionamiento, un sistema inteligente de suministro de agua que monitorea la calidad del agua consumida por los residentes de la ciudad, paradas de autobús inteligentes que brindan información precisa sobre el tiempo de espera para el transporte adecuado y mucho más.

La industria ya tiene cientos de millones de dispositivos listos para conectarse. Entre ellos se encuentran sistemas para mantenimiento y reparación inteligentes, contabilidad y seguridad logística, así como bombas, compresores y válvulas inteligentes. En los sectores de energía y utilities intervienen un gran número de dispositivos: numerosos contadores, elementos de automatización de redes de distribución, equipos de consumo, infraestructuras de carga eléctrica e infraestructuras para fuentes de energía renovables y distribuidas. En el sector sanitario, las herramientas de diagnóstico, los laboratorios móviles, los implantes varios, los dispositivos de telemedicina están y seguirán estando conectados al Internet de las Cosas.

Se espera que en los próximos años el número de conexiones de máquinas aumente un 25% anual, y en total para 2021 habrá 28 mil millones de dispositivos conectados en el planeta. De estos, solo 13.000 millones serán para los gadgets habituales de los usuarios: smartphones, tablets, portátiles y PC, mientras que 15.000 millones serán para dispositivos de usuarios e industriales: sensores de diversa índole, terminales de venta, coches, marcadores, indicadores, etc.

A pesar de las cifras aparentemente sorprendentes del futuro cercano, no son definitivas. IoT se implementará en todas partes, y cuanto más lejos, más dispositivos, simples y complejos, deberán conectarse. A medida que avanza la tecnología, y especialmente impulsada por el lanzamiento de las redes 5G después de 2020, la cantidad de dispositivos conectados crecerá a un ritmo acelerado, acercándose a 50 mil millones muy pronto.

La naturaleza masiva de las conexiones y los diversos casos de uso dictan los requisitos para las tecnologías de red de IoT en el rango más amplio. Las tasas de transferencia de datos, los retrasos, la confiabilidad (garantía) de la transmisión están determinados por las características de una aplicación en particular. Sin embargo, hay una serie de objetivos generales que requieren que consideremos por separado las tecnologías de red para IoT y cómo se diferencian de las redes móviles tradicionales.

En primer lugar, el costo de implementar la tecnología de red en el dispositivo final debería ser mucho menor que los módulos GSM/WCDMA/LTE existentes que se utilizan en la producción de teléfonos inteligentes y módems, incluso en la clase más asequible. Una de las razones que dificultan la adopción masiva de dispositivos conectados es el alto costo de un conjunto de chips que implementa una pila completa de tecnologías de red, incluida la transmisión de voz y muchas otras funciones que no son necesarias en la mayoría de los escenarios de IoT.

Relacionado con esto, pero formulado por separado, el requisito es un bajo consumo de energía y una batería de larga duración. Muchos escenarios y aplicaciones de IoT proporcionan suministro de energía autónomo de dispositivos conectados desde baterías integradas. La simplificación de los módulos de red y el diseño de eficiencia energética permiten una vida útil de la batería de hasta 10 años con una capacidad de batería de 5Wh. Dichos indicadores, en particular, se pueden lograr debido a la reducción en el volumen de datos transmitidos y el uso de largos períodos de "silencio", durante los cuales el dispositivo no recibe ni transmite información y prácticamente no consume electricidad. Sin embargo, la implementación de mecanismos específicos difiere de una tecnología a otra.

La cobertura de red es otra característica que debe revisarse. Hoy en día, la cobertura de la red móvil proporciona una transmisión de datos bastante estable en áreas pobladas, incluso en interiores. Sin embargo, los dispositivos conectados también se pueden ubicar donde no hay personas la mayor parte del tiempo: áreas remotas, largas líneas ferroviarias, la superficie de grandes masas de agua, sótanos, cajas aisladas de hormigón y metal, huecos de ascensores, contenedores, etc. El objetivo para resolver este problema, según la mayoría de los participantes del mercado de IoT, es mejorar el presupuesto de la línea en 20 dB en relación con las redes GSM tradicionales, que son líderes en cobertura entre las tecnologías móviles en la actualidad.

Los diferentes casos de uso de Internet de las cosas en diferentes industrias implican requisitos de comunicación completamente diferentes. Y no se trata solo de la capacidad de escalar rápidamente la red en términos de la cantidad de dispositivos que deben conectarse. Si en el ejemplo de un "viñedo inteligente" que hemos descrito, se involucraron muchos sensores bastante simples, entonces en las empresas industriales se conectarán robots muy complejos que realizan acciones, y no solo fijan ciertos parámetros ambientales. También puede pensar en el campo de la atención médica, en particular en equipos para telemedicina. El uso de estos complejos diseñados para diagnósticos remotos, monitoreo de procedimientos médicos complejos y capacitación remota utilizando comunicación de video en tiempo real, sin duda, impondrá requisitos completamente diferentes en términos de retrasos de señal, transmisión de datos, confiabilidad y seguridad.

Las tecnologías de IoT deben ser lo suficientemente flexibles para proporcionar un conjunto diferente de características de red según el caso de uso, priorizar decenas y cientos de diferentes tipos de tráfico de red y reasignar de manera óptima los recursos de red para mantener la eficiencia económica. Millones de dispositivos conectados, docenas de casos de uso, administración y control flexibles: todo esto debe implementarse dentro de una sola red.

Numerosos desarrollos recientes en el campo de la transmisión inalámbrica de datos se han dedicado a resolver estos problemas, tanto relacionados con el deseo de adaptar las arquitecturas y protocolos de red existentes, como con la creación de nuevas soluciones de sistema desde cero. Por un lado, vemos las llamadas “soluciones capilares” que resuelven con bastante éxito los problemas de comunicaciones IoT dentro de un mismo local o un área limitada. Tales soluciones incluyen Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee y sus numerosos análogos, que son populares en la actualidad.

Por otro lado, las tecnologías móviles modernas están obviamente fuera de competencia en términos de cobertura y escalabilidad de una infraestructura bien administrada. Según el Informe de Movilidad de Ericsson, la cobertura GSM es el 90% del área poblada del planeta, las redes WCDMA y LTE el 65% y el 40%, respectivamente, con una construcción de red activa en curso. Los pasos dados en el desarrollo de los estándares de comunicación móvil, en particular la especificación 3GPP Release 13, apuntan precisamente a lograr los objetivos de IoT manteniendo los beneficios del uso del ecosistema global. La evolución de estas tecnologías formará la base para futuras modificaciones de los estándares de comunicación móvil, incluidos los estándares de red de quinta generación (5G).

Las tecnologías alternativas de baja potencia para el espectro de frecuencia sin licencia generalmente están destinadas a aplicaciones más limitadas. La necesidad de crear una nueva infraestructura y las tecnologías cerradas dificultan significativamente la difusión de este tipo de sistemas.

Consideremos qué extensiones de estándares móviles están definidas para su inclusión en la última versión de las recomendaciones de la versión 13 de 3GPP.

CE GSM

El grupo de trabajo GERAN que desarrolla tecnologías GSM ha propuesto un paquete de características avanzadas llamado EC-GSM (variantes del mismo nombre: EC-GPRS, EC-GSM-IoT). Esta tecnología proporciona cambios relativamente pequeños en relación con el GSM / GPRS / EDGE básico, lo que permite utilizar la gran mayoría de las estaciones base instaladas de este estándar sin reemplazar o actualizar el hardware.

Estas son las principales características:

De hecho, se utiliza una portadora estándar GSM/GPRS, con cambios para aumentar el presupuesto de línea, incrementar el número de dispositivos y reducir el costo de implementación de la tecnología en el dispositivo final.

Principales cambios introducidos:

1) DRX extendido (eDRX, recepción discontinua extendida) para GSM y modo de ahorro de energía (PSM) - reduciendo la frecuencia de los mensajes de señalización obligatorios, optimizando los intervalos de recepción y recepción de información, soportando largos periodos de "silencio" de hasta 52 minutos, durante los cuales el dispositivo permanece conectado a la red sin transmitir ni recibir información.

2) cobertura extendida– adaptación de la capa de enlace de la red, que utiliza, entre otras cosas, la repetición múltiple de la información transmitida para mejorar la cobertura en 20 dB en comparación con los sistemas tradicionales.

3) Otras mejoras: simplificación de la señalización de red (rechazo de soporte para la parte de señalización que proporciona operación conjunta con redes WCDMA/LTE); ampliación de los mecanismos de seguridad de autenticación y conexión, etc.

La principal ventaja de EC-GSM es la preparación de la infraestructura de la red (en la mayoría de los casos, solo se requiere una actualización de software en los nodos de la red), así como el predominio de las redes GSM y su cobertura.

eMTC

La variante eMTC (también llamada LTE-M, LTE Cat.M1) es una adaptación de IoT para redes LTE. El enfoque sigue siendo lograr objetivos masivos de IoT (costo, cobertura, duración de la batería) al tiempo que se garantiza la máxima compatibilidad con la infraestructura de red existente de los operadores.
Una diferencia importante entre la tecnología eMTC es su alto rendimiento, hasta 1 Mbps en cada dirección (de suscriptor a suscriptor). Es hora de recordar la variedad de casos de uso de IoT que abordamos al principio del artículo. En ciertos casos, dichas velocidades de datos serán claramente requeridas.

EMTC está diseñado para reducir el costo del dispositivo IoT final mediante la eliminación de la funcionalidad LTE, que está en demanda y se usa ampliamente en las redes de acceso de banda ancha móvil (MBAN), pero se vuelve redundante cuando los dispositivos IoT están conectados masivamente. Esta es una continuación del trabajo iniciado por 3GPP en la versión de especificación anterior (Versión 12), que definió LTE Cat.0 para IoT. eMTC también agrega mecanismos Extended DRX y PSM para LTE, que resuelven el problema de reducir el consumo de energía de la misma manera que se mostró anteriormente para EC-GSM.

Al igual que con EC-GSM, eMTC tiene una infraestructura de red de alta disponibilidad y se puede implementar en redes LTE existentes con una actualización de software. Además, las redes MWAP e IoT pueden coexistir y redistribuir dinámicamente los recursos utilizados (espectro de frecuencia, potencia de cómputo de la estación base, etc.) según el tipo y número de dispositivos conectados y el tráfico que generan.

NB-IoT

Narrowband IoT (IoT de banda estrecha) es una dirección relativamente nueva en el desarrollo de tecnologías de red IoT y, a pesar de que su uso proporciona una estrecha interacción e integración con LTE, todavía estamos hablando de crear un nuevo tipo de acceso de radio, las características de los cuales tienen más diferencias que similitudes con las tecnologías disponibles.

Se espera que una reelaboración significativa de los protocolos de la capa de enlace reduzca el costo de un dispositivo NB-IoT en comparación con LTE Cat.M1 en un 90 %. Muchos fabricantes de equipos de red y módulos de suscriptor ya han anunciado la compatibilidad con la tecnología NB-IoT en sus productos: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, así como los principales operadores de telecomunicaciones, incluidos, por ejemplo, Vodafone, Deutsche Telekom y China Unicom. .

Así, con la adopción de la versión final de las especificaciones EC-GSM, eMTC y NB-IoT, prevista para junio de este año, los participantes del mercado tendrán a su disposición tres herramientas eficaces para el desarrollo de redes IoT. Cada uno de ellos tiene sus propias características y ventajas según el caso de uso específico y las características de la red móvil en la que se desplegarán. Sin embargo, en cualquier caso, las ventajas del ecosistema global, la disponibilidad y preparación de una red e infraestructura de TI desplegadas, el uso de un espectro de frecuencia protegido (con licencia) funcionarán para reducir el costo de implementación y operación. Esto significa que en un futuro cercano esperamos un crecimiento explosivo de proyectos que los utilicen.

En esto terminaremos nuestra historia y agradeceremos a los habravchans por su atención! En la próxima publicación, nos centraremos en los aspectos tecnológicos de la tecnología NB-IoT.

IoT - Internet de las cosas

Internet de las cosas (IoT): tecnologías de telecomunicaciones modernas
(Internet de las cosas - tecnologías modernas de telecomunicaciones)

29/08/16

¿Qué es el Internet de las Cosas? ¿Qué es el Internet de las Cosas, IoT? Internet of Things (IoT) es un nuevo paradigma de Internet. Qué se entiende por el término "Cosas" en el Internet de las Cosas. El término "cosa" en Internet de las cosas (IoT) significa inteligente, es decir, inteligente. objetos u objetos "inteligentes" (Smart Objects o SmartThings, o Smart Devices).

¿En qué se diferencia el Internet de las cosas (IoT) del Internet tradicional? El Internet de las cosas (IoT) es una red de Internet tradicional o existente, extendida por redes informáticas de dispositivos físicos o cosas conectadas a ella, que pueden organizar de forma independiente varios patrones de comunicación o modelos de conexión (Cosa - Cosa, Cosa - Usuario y Cosa - Web). Objeto).

Cabe señalar que los objetos inteligentes son sensores o actuadores equipados con un microcontrolador con un sistema operativo en tiempo real con una pila de protocolos, memoria y un dispositivo de comunicación, integrados en varios objetos, por ejemplo, en medidores de electricidad o medidores de gas, sensores de presión, vibraciones o temperaturas, interruptores, etc. Los objetos "inteligentes" u objetos inteligentes se pueden organizar en una red informática de objetos físicos que se pueden conectar a través de puertas de enlace (hubs o centros especializados). plataformas IoT) a la Internet tradicional.

Actualmente, existen muchas definiciones del concepto de Internet de las Cosas (IoT). Pero, lamentablemente, son contradictorios, no existe una definición clara e inequívoca de Internet de las cosas (IoT).

Para comprender la esencia del Internet de las cosas (IoT), es recomendable considerar primero la infraestructura de Internet y el servicio WWW (World Wide Web) o Web (web). Internet es una red de redes, es decir, una red que une varias redes y nodos individuales de usuarios remotos que utilizan enrutadores y el protocolo de red (internet) IP. En otras palabras, el término Internet se refiere a la infraestructura de la red global, que consta de muchas redes informáticas y nodos individuales conectados por canales de comunicación.

La Internet global es la base física del servicio Web. La Web es la World Wide Web o un sistema distribuido recursos de información, que proporciona acceso a documentos de hipertexto (documentos web) alojados en sitios web de Internet. El acceso y transmisión de documentos web en formato HTML a través de Internet se realiza utilizando el protocolo de aplicación HTTP/HTTPS del servicio web basado en la pila de protocolos TCP/IP de Internet.

Con base en lo anterior, se puede concluir que IoT se caracteriza por cambios a gran escala en la infraestructura de Internet global y nuevos modelos de comunicación o conexión: “cosa-cosa”, “cosa-usuario (Usuario)” y “cosa- objeto web (Objeto Web)".

El Internet de las Cosas (IoT) debe ser considerado a nivel tecnológico, económico y social.

A nivel tecnológico, el Internet de las Cosas es el concepto de desarrollo de la infraestructura de la red (base física) de Internet, en la que las cosas "inteligentes" sin intervención humana son capaces de conectarse a la red para la interacción remota con otros dispositivos ( Thing - Thing) o interacción con centros de datos autónomos o en la nube o DATA-centers (Thing - Web Objects) para transferir datos para almacenamiento, procesamiento, análisis y toma de decisiones de gestión destinadas a cambiar el entorno, o para interactuar con terminales de usuario (Thing - Usuario) para controlar y administrar estos dispositivos.

El Internet de las Cosas (IoT) conducirá a cambios en la economía y modelos sociales desarrollo de la sociedad. Existen varias clasificaciones del Internet de las cosas (IoT) (por ejemplo, Internet de las cosas industrial - IIoT, Internet de los servicios - IoS, etc.) y áreas de su uso (en energía, transporte, medicina, agricultura, vivienda y comunal). servicios, Smart City, Smart Home, etc.).

Cisco ha introducido un nuevo concepto: Internet de todo, IoE ("Internet de todo" o "Internet todo incluido") e Internet de las cosas es la etapa inicial de desarrollo de "Internet todo incluido".

El desarrollo del Internet de las Cosas o Internet of Things (IoT) depende de:

  • tecnologías de redes inalámbricas de baja potencia (LPWAN, WLAN, WPAN);
  • el ritmo de implementación de las redes celulares para el Internet de las Cosas (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT y redes universales 5G;
  • la tasa de transición de Internet a la versión del protocolo IPv6;
  • Tecnologías de objetos inteligentes (sensores y actuadores equipados con un microcontrolador, memoria y dispositivo de comunicación);
  • sistemas operativos especializados con una pila de protocolos para microcontroladores de sensores y actuadores;
  • amplia aplicación de la pila de protocolos 6LoWPAN/IPv6 en sistemas operativos de microcontroladores de sensores y actuadores;
  • uso efectivo de la computación en la nube para plataformas de Internet de las cosas (IoT);
  • desarrollo de tecnologías M2M (máquina a máquina);
  • aplicación de modernas tecnologías de Redes Definidas por Software que reducen la carga en los canales de comunicación.

Arquitectura de red global de Internet de las cosas (IoT)

Como un fragmento de la arquitectura de Internet de las cosas (IoT), considere una red (Fig. 1) que consta de varias redes informáticas de objetos físicos conectados a Internet utilizando uno de los dispositivos: puerta de enlace, enrutador de borde, enrutador.

Como se desprende de la arquitectura IoT, la red de Internet de las Cosas consta de redes informáticas de objetos físicos, la red de Internet IP tradicional y varios dispositivos (Puerta de enlace, enrutador de borde, etc.) que conectan estas redes.

Las redes informáticas de objetos físicos consisten en sensores y actuadores "inteligentes" (actuadores) unidos en una red informática (personal, local y global) y controlados por un controlador central (puerta de enlace o IoT Habs, o plataforma IoT).

El Internet de las cosas (IoT) utiliza redes informáticas inalámbricas de baja potencia de objetos físicos, que incluyen redes de pequeño, mediano y largo alcance (WPAN, WLAN, LPWAN).

Tecnologías inalámbricas de redes LPWAN (Low-power Wide-area Network) del Internet de las cosas IoT

A las tecnologías comunes de redes de largo alcance LPWAN, que se presentan en la Fig. 1 incluyen: LoRaWAN, SIGFOX, Strizh y Cellular Internet of Things o CIoT para abreviar (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). Las redes LPWAN también incluyen otras tecnologías, como ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA, etc., que no se muestran en la Figura 1. Una extensa lista de tecnologías está disponible en link-labs.

Una de las tecnologías más utilizadas es LoRa, que está diseñada para redes de largo alcance, con el fin de transmitir datos de telemetría desde varios dispositivos de medición (sensores de agua, gas, etc.) a largas distancias.

LoRa es un método de modulación que define el protocolo de capa física del modelo OSI. La tecnología de modulación LoRa se puede aplicar en redes con diferentes topologías y diferentes protocolos de capa de enlace. Las redes LPWAN eficientes son redes LoRaWAN que utilizan el protocolo de capa de enlace LoRaWAN (protocolo de capa de enlace MAC) y la modulación LoRa como protocolo de capa física.

La red LoRaWAN (Fig. 2.) consta de nodos finales (transceptores o módulos LoRa) conectados a través de redes inalámbricas a concentradores/puertas de enlace o estaciones base, servidor de red (servidor de red del operador) y servidor de aplicaciones (servidor de aplicaciones del proveedor de servicios). La arquitectura de red de LoRaWAN es "cliente-servidor". LoRaWAN opera en la capa 2 del modelo OSI.

La comunicación bidireccional se utiliza entre los componentes de la red "nodos finales - servidor". Comunicación de punto final red local LoRaWAN con el servidor se basa en protocolos de capa de enlace. La dirección utiliza los identificadores únicos de los dispositivos (nodos finales) y los identificadores únicos de la aplicación en el servidor de aplicaciones.

La capa física de la pila de protocolos LoRaMAC del segmento de red de puerta de enlace de nodos finales, que opera en la segunda capa del modelo OSI, es la modulación inalámbrica LoRa, y el protocolo MAC de la capa de enlace es LoRaWAN. Las puertas de enlace LoRa se conectan al servidor de red del proveedor u operador mediante tecnologías Wi-Fi / Ethernet / 3G estándar, que pertenecen al nivel de las interfaces de red IP (capas físicas y de canal de la pila TCP / IP).

LoRa Gateway proporciona interconexión entre redes basadas en tecnologías heterogéneas LoRa/LoRaWAN y Wi-Fi, Ethernet o 3G. En la fig. 1 muestra una red LoRa con una puerta de enlace, hecha de acuerdo con la topología en estrella, pero la red LoRa también puede tener varias puertas de enlace (estructura de red celular). En una red LoRa con muchas puertas de enlace, los "nodos finales - puerta de enlace" se construyen según la topología "estrella", a su vez, las "puertas de enlace - servidor" también se conectan según la topología "estrella".

Los datos recibidos de los nodos finales se almacenan, muestran y procesan en el servidor de aplicaciones (en un sitio web independiente o en la "nube"). Los métodos de Big Data se pueden utilizar para analizar datos de IoT. Los usuarios, utilizando aplicaciones cliente instaladas en un teléfono inteligente o PC, tienen la capacidad de acceder a la información en el servidor de aplicaciones.

Las tecnologías SIGFOX (sigfox.com) y Strizh (strij.net) son similares a las tecnologías LoRaWAN (www.semtech.com), pero tienen algunas diferencias. La principal diferencia radica en los métodos de modulación que definen los protocolos de capa física de estas redes. Las tecnologías SIGFOX, LoRaWAN y Strizh son competidores en el mercado de redes LPWAN.

Los competidores en el mercado de redes LPWAN también son tecnologías CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), así como G5. Están diseñados para construir redes celulares inalámbricas LPWAN basadas en la infraestructura existente de los operadores celulares. El uso de redes celulares tradicionales en IoT no es rentable, por lo que, en la actualidad, el nicho de las redes LPWAN lo ocupan LoRaWAN, SIGFOX, etc. Pero si los operadores celulares implementan oportunamente las tecnologías EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-M (LTE para comunicaciones M2M) basadas en la evolución de GSM y el desarrollo de LTE, sacarán LoRaWAN, SIGFOX y otras tecnologías de la LPWAN. mercado.

Las áreas más prometedoras para construir redes inalámbricas LPWAN incluyen la Internet de las cosas de banda estrecha NB-IoT (IoT de banda estrecha) basada en LTE, que se puede implementar en las redes LTE existentes de los operadores celulares. Pero la dirección estratégica en CIoT son las redes celulares 5G de próxima generación que admitirán IoT.

La tecnología 5G, diseñada para trabajar con tráfico heterogéneo, conectará a Internet una variedad de dispositivos con diferentes parámetros (consumo de energía, velocidades de transferencia de datos, etc.) como dispositivos móviles(smartphones, teléfonos, tabletas, etc.) y Objetos Inteligentes (sensores o actuadores).

¿Dónde se aplican las LPWAN? Por ejemplo, en los Países Bajos y Corea del Sur, ya se ha implementado una red LoRa a nivel nacional para Internet de las cosas. Redes SigFox para IoT desplegadas en España y Francia. Se está creando una red nacional "Strizh" en Rusia para Internet de las cosas (IoT), etc. Actualmente, los estándares LoRaWAN y NB-IoT se consideran como un estándar para redes informáticas de objetos físicos LPWAN del Internet de las Cosas IoT.

Cabe señalar que en el Internet de las Cosas (IoT), junto con el uso de tecnologías en la nube, se utilizan tecnologías de fog computing. Esto se debe a que en el modelo de nube utilizado en IoT, el punto débil es el ancho de banda de los canales de los operadores de telecomunicaciones a través del cual se intercambian datos entre la "nube" y los dispositivos "inteligentes" de las redes informáticas de los objetos físicos.

El concepto de "computación de niebla" implica la descentralización del procesamiento de datos al transferir parte del procesamiento de datos y la toma de decisiones de gestión desde la "nube" directamente a los dispositivos de redes informáticas de objetos físicos.

Aumentar el ancho de banda de los canales de comunicación La computación en la nube puede proporcionar un nuevo enfoque para construirlos con base en la tecnología de redes definidas por software (SDN). Por lo tanto, la introducción de SDN mejorará la eficiencia de la computación en la nube y los canales de comunicación de Internet de las cosas (IoT).

Redes de área personal inalámbricas (WPAN) de corto alcance y baja potencia: componentes de Internet de las cosas (IoT)

Las redes WPAN (Fig. 1) incluyen redes de sensores inalámbricas basadas en tecnologías: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Estas redes son mesh-networks (redes autoorganizadas y autorreparables con enrutamiento), que tienen una topología mesh, son componentes (componentes) de la red Internet of Things (IoT).

Las redes de computadoras personales basadas en tecnologías IP 6LoWPAN, Thread, ZigBee se refieren a redes IP con pila de protocolo 6LoWPAN o pila IPv6 para redes 802.15.4 (Fig. 3). Utilizan el protocolo de red 6LoWPAN (IPv6 sobre redes de área personal inalámbricas de baja potencia), que es la versión IEEE 802.15.4 de IPv6 para redes de sensores personales inalámbricas de baja potencia. RPL (Protocolo de enrutamiento para redes de bajo consumo y con pérdidas) se utiliza como protocolo de enrutamiento.


Arroz. 3. Pila de protocolos 6LoWPAN para IoT

IEEE 802.15.4 (normas.ieee.org) es un estándar que describe las capas física y de enlace IEEE 802.15.4 PHY del modelo de red OSI. La capa de enlace de datos consta de la subcapa MAC IEEE 802.15.4 MAC (Control de acceso a medios) y la subcapa de control de enlace lógico LLC (Control de enlace lógico). Basado en el estándar IEEE 802.15.4, se han construido varias tecnologías, por ejemplo, como ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

6 Pila de protocolos LoWPAN. La esencia del funcionamiento de las redes informáticas de objetos físicos en IoT basadas en la pila de protocolos 6LoWPAN es la siguiente. Por ejemplo, los datos del sensor se envían a la entrada del microcontrolador (MC). El MC procesa los datos provenientes del sensor en función del programa de aplicación (Aplicaciones de nodos finales), que fue creado por el desarrollador de la red en función de la API del sistema operativo especializado del microcontrolador.

Para transferir los datos procesados ​​a la red, la aplicación de aplicaciones de nodos finales accede al protocolo de capa de aplicación (aplicación - protocolos IoT) de la pila de protocolos del sistema operativo del microcontrolador y transmite datos a través de la pila a la capa física del sensor. A continuación, los datos binarios se envían a la entrada de los enrutadores de borde (enrutadores de borde). Para transferir datos desde el nodo final a través de enrutadores fronterizos al servidor web (aplicación web) utilizando el protocolo de aplicación CoAP, es necesario negociar redes en la capa de aplicación de la pila de protocolo CoAP a HTTP, para esto se necesita un servidor proxy. utilizado.

La pila de protocolos 6LoWPAN permite que los dispositivos inteligentes de bajo consumo se conecten a Internet con enrutadores en lugar de puertas de enlace IP especializadas. Dado que las redes de baja velocidad con la pila de protocolos 6LoWPAN para dispositivos con discapacidades no son redes de tránsito para el tráfico de red IP de Internet tradicional, son las redes finales en Internet de las cosas (IoT) y se conectan a Internet a través de enrutadores de borde o enrutadores de borde. . El enrutador de borde asegura la interacción de la red 6LoWPAN con la red IPv6 mediante la conversión de encabezados IPv6 y la fragmentación de mensajes en la capa de adaptación de la pila de protocolos (Adaptación de 6LoWPAN).

Onda Z (z-wave.me) una de las tecnologías inalámbricas populares redes de internet of Things (IoT) (estándar: Z-Wave y Z-Wave Plus). Red Z-Wave (Fig. 1) con topología de malla (mesh - network) y bajo consumo de energía, diseñada para la organización de Smart Home. Protocolo de red Z-Wave Pila de protocolo de comunicación Z-Wave implementada por Sigma Designs es de código cerrado y está patentado. Las capas inferiores MAC y PHY están incluidas en el estándar ITU-T G.9959.

Z-Wave tiene una variedad de dispositivos compatibles (sensores y actuadores) para crear una red Smart Home. La red doméstica Z-Wave se puede controlar de forma remota usando el control remoto a través del controlador doméstico, la red se puede controlar desde una PC e Internet a través de un teléfono inteligente. La red Z-Wave está conectada a Internet a través de una puerta de enlace IP especializada "Z-Wave for IP".

ZigBee (zigbee.org) es una de las tecnologías más comunes para construir redes inalámbricas de Internet de las cosas (IoT) (estándar abierto ZigBee). Una red ZigBee con topología de malla (mesh) tiene su propia pila de protocolos de comunicación IEEE 802.15.4/Zigbee, que no es compatible con el protocolo de Internet IP. La red informática de objetos basada en la pila ZigBee, para la interacción con dispositivos externos ubicados en la red IP, se conecta a Internet a través de una puerta de enlace IP Gateway ZigBee especializada. Ahora se ha creado un nuevo estándar ZigBee IPv6.

Las redes basadas en el nuevo estándar Zigbee IPv6 se pueden conectar a una red IP a través de un enrutador en lugar de una puerta de enlace especializada. La puerta de enlace Gateway ZigBee vuelve a empaquetar datos de un formato a otro y proporciona interconexión entre redes basadas en tecnologías heterogéneas MQTT/ZigBee - HTTP/TCP/IP. La tecnología ZigBee se utiliza como estándar para recopilar automáticamente las lecturas de los contadores de electricidad de los suscriptores y transmitirlas a los servidores de los operadores de telecomunicaciones (sitios independientes) o al Internet de las cosas (IoT) Habs Cloud.

Wi-Fi (www.wi-fi.org) es un conjunto de estándares de comunicación inalámbrica IEEE 802.11 que se puede utilizar para crear una red de área local inalámbrica (WLAN) basada en la pila TCP/IP. La pila de protocolos IEEE 802.11 consta de una capa física PHY y una capa de enlace de datos con control de acceso a medios MAC y subcapas de transferencia de datos lógicos LLC. Los protocolos IEEE 802.11 (WiFi) pertenecen a la capa de interfaz de red en la pila TCP/IP.

Una red de área local inalámbrica de objetos WiFi se conecta a Internet mediante un enrutador (Fig. 1). Cabe señalar que para construir redes informáticas inalámbricas locales de sujetos, Wi-Fi Alliance ha creado una nueva especificación IEEE 802.11s, que proporciona una tecnología para construir redes de malla. Además, para el Internet de las Cosas (IoT) un nuevo estándar wifi HaLow (especificación IEEE 802.11ah) con bajo consumo de energía.

BLE 4.2 (bluetooth.com)- Este una nueva version Bluetooth estándar de baja energía (Bluetooth LE), que está diseñado para construir redes inalámbricas como Smart Home. El nuevo estándar Bluetooth Mesh se implementará a finales de 2016. La pila de protocolos de comunicación BLE 4.2 admite el protocolo de red IPv6 sobre BLUETOOTH(R) Low Energy o 6LoWPAN, los protocolos de capa de transporte (UDP, TCP) y aplicación (COAP y MQTT).

La versión BLE 4.2 proporciona el mínimo consumo de energía del equipo y una salida en una red IP. Las capas inferiores de MAC y PHY de Bluetooth LE Stack son Bluetooth LE Link Layer y Bluetooth LE Physical. Para garantizar la interoperabilidad de las redes (BLE 4.2 e Internet) a nivel de red (6LoWPAN con IPv6) y la capa de aplicación de la pila de protocolos (CoAP con HTTP), la red BLE 4.2 se puede conectar a Internet (Fig. 1) a través de enrutadores fronterizos y CoAP-to-HTTP Proxy respectivamente.

Protocolos de capa de aplicación de Internet de las cosas (IoT)

Para transferir datos en Internet de las cosas (IoT), se utilizan muchos protocolos de nivel de aplicación, los más comunes incluyen: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS es un servicio de distribución de datos para sistemas en tiempo real y es un estándar OMG para middleware. DDS es la tecnología subyacente para implementar IoT basada en el modelo de comunicación de mensajería DCPS sin un intermediario intermediario (servidor).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS son protocolos de mensajería que se basan en un intermediario de publicación/suscripción. El intermediario (servidor) se puede implementar en una plataforma en la nube o en un servidor local. Los programas cliente deben instalarse en las aplicaciones de dispositivos inteligentes.

CoAP (Protocolo de aplicación restringida) es un protocolo de transferencia de datos IoT limitado similar a HTTP, pero adaptado para trabajar con dispositivos inteligentes de bajo rendimiento. CoAP se basa en el estilo de arquitectura REST. Se accede a los servidores a través de la URL de la aplicación del dispositivo inteligente. Los programas cliente utilizan métodos como GET, PUT, POST y DELETE para acceder a los recursos.

REST/HTTP: consta de dos tecnologías REST y HTTP. REST es un estilo de arquitectura de software para sistemas distribuidos. REST describe los principios de interacción entre las aplicaciones de dispositivos inteligentes y las API REST (servicio web). A través de la API REST, las aplicaciones se comunican entre sí mediante cuatro métodos HTTP: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP, Hypertext Transfer Protocol, es un protocolo de capa de aplicación para la transferencia de datos. HTTP se utiliza para la comunicación de dispositivo a usuario. REST/HTTP se basa en el modelo de comunicación de mensajería req/res.

Para el acceso desde redes de objetos físicos que no soportan el protocolo IP a redes IP y viceversa, se utilizan hubs o gateways, o plataformas IoT que brindan negociación de protocolos en diferentes niveles de la pila de protocolos de comunicación. Para el acceso desde redes de entidades físicas que soportan el protocolo IP a redes IP y viceversa, se utilizan proxies para negociar protocolos de capa de aplicación (por ejemplo, para negociar protocolos CoAP y HTTP).