8/16/2019 Componente Fundamentale Ale Internetului Lucrurilor

http://slidepdf.com/reader/full/componente-fundamentale-ale-internetului-lucrurilor 1/4

Componente fundamentale ale Internetului Lucrurilor – IoT

1 IUNIE 2014

Internetul este focalizat pentru a se schimba n urm!torii cinci ani" astfelca sistemele s! de#in! mai inteli$ente% Conform speciali&tilor de re'ea de

la Cisco" (0 de miliarde de dispoziti#e sunt susceptibile de a ) conectate laInternet p*n! n 2020" a+ut*nd s! sus'in! o pia'! de 14 trilioane U,-%,istemele care domin! internetul ast!zi precum .C/uri" laptop/uri" tablete&i smartphone/uri" #or ) dep!&ite de zeci de miliarde de dispoziti#einteli$ente" cu coneiuni n re'ea" care #or comunica date reciproc" cuscopul de a face #ia'a mai e)cient!%

Autor: ar 3ac , VP Global Semiconductors, Digi-Key

Ideea de Internet al lucrurilor (Internet of Tings ! IoT", datea#$ de la sf%r&itul anilor'), c%nd cercet$torii au *ro*us idei, cum ar + inteligena ambiental$, n care o*$dure de sen#ori inteligeni ar monitori#a condiiile de mediu, alert%nd sisteme de

control la scimb$ri. Prin ado*tarea de modi+c$ri n r$s*uns, aceste sisteme decontrol *ot mbun$t$i e+ciena ntr-o gam$ larg$ de sisteme, de la controlindustrial, la automati#area casei &i asisten$ medical$. De e/em*lu, un set desen#ori inteligeni *o#iionai n 0urul cor*ului, *oate sesi#a *robleme de s$n$tatecare alertea#$ utili#atorul, *rin intermediul telefonului s$u.

Figura 1: Compararea vitezelor de date ale sistemelor RF

1n controlul industrial, o serie de sen#ori montai de-a lungul unei linii de *roducie*oate detecta condiii care *ot duce la *robleme, cum ar + scimb$ri bru&te detem*eratur$ sau 2ibraii n e/ces care ar *utea semnala o *roblem$ ntr-un ma&in$unealt$ sau un *roces care decurge n afara limitelor sale.3/ist$ trei com*onente fundamentale, care se combin$ *entru a forma un nod IoT:inteligen4$, detectare &i comunica4ii f$r$ +r. 5onecti2itatea 6ireless este 2ital$,deoarece 2a *ermite ca noduri de sen#ori s$ +e im*lementate ra*id &i u&or, f$r$obligaia de a a2ea trasee cu cablurile de reea *entru +ecare locaie.1n sco*ul de a su*ra2ieui *entru *erioade lungi de tim* la o singur$ nc$rcare a

8/16/2019 Componente Fundamentale Ale Internetului Lucrurilor

http://slidepdf.com/reader/full/componente-fundamentale-ale-internetului-lucrurilor 2/4

bateriei, un nod IoT trebuie s$ *re#inte un consum redus de energie. De obicei,nodul 2a + n stare latent$, de somn, *entru *erioade lungi de tim*, tre#indu-se*entru *erioade scurte de tim* *entru a aci#iiona date &i a*oi s$ ia o deci#ie dac$s$ trimit$ o alert$ ba#at$ *e scimbare sau de a trece na*oi la somn. 7n num$rmare de microcontrolere sunt conce*ute n 0urul acestei cerine de ba#$ a nucleului

de calcul, ntrec%ndu-se n moduri de somn cu consum de energie ultra-sc$#ut,combinate cu e/ecutarea de instruciuni de nalt$ *erforman$ *entru sim*li+carea*roces$rii n tim* ce dis*o#iti2ul este trea#.8 deci#ie ceie este ti*ul de aritectur$. 7n num$r tot mai mare de microcontrolerelo6-cost de la di2er&i furni#ori, cum ar + Atmel, 9reescale, STicroelectronics &i

 Te/as Instruments utili#ea#$ nuclee *e ;< de bii, ba#ate *e aritecturi *recumA=, *entru a oferi *erformane ridicate la *utere sc$#ut$ &i acces la o gam$ totmai mare de soft6are o*en-source ce *ermite a*licaiilor s$ +e construite ra*id. 5utoate acestea, aritecturi, *recum AV= Atmel demonstrea#$ c$ *latforma de >-biiofer$ nc$ o mare *utere, folosind *eriferice inteligente a2ansate *entru a colectadate de la interfee cu sen#ori, oferind n acela?i tim* solu4ii cost e+ciente.3/ist$ o serie de abord$ri *osibile *entru introducerea comunica4iei lo6-*o6er la unnod IoT, 2ariind de la *rotocoale conce*ute n acest sens, *recum @igbee s*re2ariante lo6-*o6er de luetoot &i Bi-9i. 7nele dintre aceste *rotocoale ofer$com*atibilitate direct$ cu *rotocolul internet (IP". Altele, se ba#ea#$ *e un gate6ay*entru a ma*a *acetele IP &i *rotocoalele mai Ce/ibile utili#ate de c$tre nodurilede sen#ori IoT.

@igee este o s*eci+caie *entru reea 6ireless lo6-*o6er ba#at$ *e standardulI333 >)<.'.E (<));", standard care a fost de#2oltat de un gru* de 'F de com*aniiim*licate n automati#$ri industriale &i construcii. 7n as*ect inedit al @igbee, ncom*araie cu multe alte *rotocoale de reea, const$ n utili#area de reele *las$.Acest lucru *ermite nodurilor IoT aCate la de*$rtare de un controler central s$

utili#e#e alte noduri cu*late ntre ele *entru a efectua comunicaii. Astfel se e/tindedomeniul de control al unui *ortal central, dar, de asemenea, cre&te robusteeadeoarece o transmisie *oate utili#a un num$r de c$i diferite *rin reea.Iniial lansat de oHia ca Bibree n anul <))F, luetoot o6-3nergy (3" sauluetoot Smart ofer$ o gam$ similar$ ca luetoot clasic, dar cu un consum deenergie redus. 1n locul canalelor de 'J# folosite de *rotocolul luetoot iniial, 3folose&te un set mai mic de canale mai largi ca l$ime de band$, de <J#, dar cu un2%rf mai sc$#ut al 2ite#ei de date. anda canalului este similar$ cu cea de la @igbee,dar cu s*aiere mai ngust$. 7n a2anta0 ceie al 3 este latena mai 0oas$, doar ;ms fa$ de '))ms a clasicului luetoot, *recum ?i com*le/itatea mai mic$, astfel

 nc%t sti2a sa soft6are *oate + u&or ncor*orat$ n microcontrolere &i cu costuri mai

reduse. 3 *$strea#$ su*ort *entru salt de frec2en$ din *rotocolul luetootiniial, ceea ce l face mai robust dec%t @igbee n *re#ena unor semnale *uternicede interferen$.7nul dintre *rinci*alele domenii de a*licare *entru 3 este cel al instrumentelormedicale, n ca#ul n care un num$r de sen#ori de *e cor* monitori#ea#$ ritmulcardiac, tensiunea arterial$ &i starea, trimi%nd citirile lor de *arametri, la inter2aleregulate, la un controler central, care *oate + un telefon mobil sau un instrumentmedical dedicat.

8/16/2019 Componente Fundamentale Ale Internetului Lucrurilor

http://slidepdf.com/reader/full/componente-fundamentale-ale-internetului-lucrurilor 3/4

Du*$ ce a fost utili#at$ n di2erse forme *entru mai bine de ' ani, 2arianta Bi-9iare a2anta0ul de a + cea mai matur$ tenologie radio de reea f$r$ +r, adec2at$*entru a*licaii IoT. Prin intermediul unor *rotocoale, de *ild$ BPS, Bi-9i *oate oferio integrare u&oar$ ntr-o reea e/istent$ *entru dis*o#iti2e care au o mic$ sau niciointerfa$ +#ic$ cu utili#atorul.

Dintre tenologiile f$r$ +r *otri2ite *entru a*licaii IoT, Bi-9i are cea mai bun$e+cien$ de *utere de transmisie *er-bit. odelele Bi-9i con2enionale au tendinade a folosi mai mult$ energie *entru a menine o cone/iune n mod static dec%t*rotocoalele 3, care *ot reduce e+ciena energetic$ n ca#ul n care a*licaia nuare ne2oie de l$ime de band$ mare. 5u toate acestea, furni#ori *recum GainS*anau insistat n *roiectare *e e+cien$ energetic$, de e/em*lu GS<))), care combin$s*ri0inirea at%t *entru @igee c%t &i Bi-9i *e ben#ile <.EGJ# &i GJ#. Aceste modele*un *artea radio ntr-un mod standby de economisire a energiei, n ca#ul n carenodul sen#orului nu are ne2oie *entru a transmite date. Tre#irea se face numai*entru a trimite date sau se *$strea#$ acti2$ cone/iunea *acetelor *entru aasigura controlerele centrale c$ nodul nu a e&uat.1n general, Bi-9i are tendina de a se *otri2i cu a*licaii n ca#ul n careconformitatea cu sti2a IP este un a2anta0, e/ist$ o cerin$ de a li2ra cantit$i maride date *recum audio sau 2ideo, sau dis*o#iti2ele de la distan$ *ot + alimentate dela surse e/terne de energie.

Figura 2: Confgurații de canale pentru Zigbee, Bluetooth! "i #i$Fi 

7n e/em*lu de Bi-9i aCat n u# 2ine de la ernoH 3leHtroniH din Africa de Sud, carea folosit module connectlue *entru a include reele f$r$ +r n sistemele de controlde *e locomoti2e &i de management al siguranei sistemelor fero2iare utili#ate nindustria minier$. odulele sunt utili#ate *entru a colecta date de o*erare n tim*

real de *e +ecare 2eicul &i ofer$ o cone/iune robust$, f$r$ +r, *e ambele ben#i defrec2en$ de <,EGJ# &i de GJ#, cu su*ort *entru actuali#$ri de +rm6are o2er-te-air &i modi+c$ri de *arametri.3 &i Bi-9i *ot + folosite m*reun$ e+cient, a&a c$ ambele s*ri0in$ *rotocoale decoe/isten$ conce*ute *entru a reduce interferenele dintre cele dou$ *e banda defrec2en$ comun$ de <,E GJ#. Aceast$ ca*acitate de coe/isten$ se *retea#$ laim*lementarea n *roiecte de gate6ay-uri unde 3 este folosit *entru cone/iuni lanoduri de sen#ori, iar Bi-9i *entru transmiterea datelor agregate la o reea

8/16/2019 Componente Fundamentale Ale Internetului Lucrurilor

http://slidepdf.com/reader/full/componente-fundamentale-ale-internetului-lucrurilor 4/4

bacHbone. AP/E de la luegiga li2rea#$ o soluie o-te-self *entru aceasta,oferind su*ort *entru Bi-9i &i full luetoot E.), care include 3, solu4ie ba#at$ *eun *rocesor *uternic E)J# A=.7n num$r de microcontrolere integrate &i ci*set-uri de su*ort de la furni#ori,*recum Atmel, 5S=, 9reescale, STicroelectronics &i Te/as Instruments ofer$ s*ri0in

*entru *rotocoale, cum ar + 3, Bi-9i &i @igee. Pentru im*lement$ri care aune2oie de Ce/ibilitate, transcei2erele radio con+gurabile reali#ate de imeicrosystems, fac mai u&or de im*lementat nodurile, care *ot + *rogramate cu ointerfa$ =9 s*eci+c$, *ersonali#at$ la *unctul de fabricaie *entru a cores*undediferitelor cerin4e de re4ea din sistemul int$.IoT cresc%nd dimensional, ne *utem a&te*ta la mai multe soluii integrate care s$a0ung$ *e *ia$. Dar, ciar &i n acest stadiu inci*ient de de#2oltare, e/ist$ multeo*iuni dis*onibile *entru un inginer, cu care s$ includ$ cele trei com*onente ceieale su*ortului IoT.