Ασύρματα πρωτόκολλα επικοινωνίας για εφαρμογές IoT

Το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) αποτελείται από έξυπνες συσκευές που επικοινωνούν μεταξύ τους. Δίνει τη δυνατότητα σε αυτές τις συσκευές να συλλέγουν και να ανταλλάσσουν δεδομένα. Εκτός αυτού, το IoT έχει τώρα ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην καθημερινή μας ζωή, όπως στη βιομηχανία, στις μεταφορές, στην υγειονομική περίθαλψη, στο περιβάλλον και φυσικά στην πόλη…

Το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) αποτελείται από έξυπνες συσκευές που επικοινωνούν μεταξύ τους. Δίνει τη δυνατότητα σε αυτές τις συσκευές να συλλέγουν και να ανταλλάσσουν δεδομένα. Εκτός αυτού, το IoT έχει τώρα ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην καθημερινή μας ζωή, όπως στη βιομηχανία, στις μεταφορές, στην υγειονομική περίθαλψη, στο περιβάλλον και φυσικά στην πόλη.

Οι έξυπνες συσκευές μπορούν να έχουν ενσύρματη ή ασύρματη σύνδεση. Όσον αφορά την ασύρματη σύνδεση, υπάρχουν πολλές διαφορετικές τεχνολογίες επικοινωνίας και πρωτόκολλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση αυτών των συσκευών. Μερικά από αυτά είναι το IPv6, το 6LoWPAN (over Low power Wireless Personal Area Networks), το ZigBee, το BLE (Bluetooth Low Energy), το Z-Wave, το NFC (Near Field Communication) κ.ά.

Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται διάφορα πρωτόκολλα επικοινωνίας, με στόχο την σωστή επιλογή ανάλογα με την εκάστοτε εφαρμογή. Τα κριτήρια που θα οδηγήσουν στην σωστή απόφαση είναι η ασφάλεια, η ισχύς, η διάρκεια ζωής των μπαταριών και οι απαιτήσεις των δεδομένων.

Bluetooth-BLE

Αναμφίβολα μια από τις σημαντικότερες τεχνολογίες επικοινωνιών μικρής εμβέλειας είναι το Bluetooth, το οποίο χρησιμοποιείται στον κλάδο της πληροφορικής, αλλά και σε πληθώρα διάφορων καταναλωτικών προϊόντων, όπως smartphones. Το νέο Bluetooth Low Energy (BLE) – ή αλλιώς Bluetooth Smart, είναι εξίσου σημαντικό για εφαρμογές IoT. Παρόλο που προσφέρει παρόμοια εμβέλεια με το Bluetooth, έχει σχεδιαστεί για να προσφέρει σημαντικά μειωμένη κατανάλωση ενέργειας. Το BLE δεν είναι πραγματικά σχεδιασμένο για μεταφορά αρχείων, ωστόσο έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι άλλων «ανταγωνιστικών» τεχνολογιών, καθώς είναι ενσωματωμένο σχεδόν σε όλα τα smartphone της αγοράς και σε πολλές άλλες συσκευές.

Zigbee

Το ZigBee, έχει σχεδιαστεί για να μεταφέρει μικρά πακέτα δεδομένων σε μικρές αποστάσεις, διατηρώντας παράλληλα την κατανάλωση ενέργειας σε χαμηλά επίπεδα. Χρησιμοποιεί μια έκδοση του προτύπου 802.15.4 του ΙΕΕΕ (Ινστιτούτου Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών) και τη ζώνη συχνοτήτων ISM 2,4 GHz και δεδομένου ότι πρόκειται για παγκόσμιο πρότυπο, οι εφαρμογές του μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχεδόν οπουδήποτε. Η εμβέλεια του όσον αφορά τη μετάδοση φτάνει έως και 100 μέτρα, έχοντας μέγιστη ταχύτητα τα 250 Kbps. Το ZigBee έχει μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα όπως λειτουργία χαμηλής ισχύος, υψηλή ασφάλεια, υψηλή επεκτασιμότητα και είναι σε θέση να εκμεταλλευτεί ασύρματα δίκτυα ελέγχου και αισθητήρων σε εφαρμογές M2M και IoT. Ωστόσο, πηγές αναφέρουν πως έχει παρουσιάσει διάφορα προβλήματα διαλειτουργικότητας, καθώς δύο από τα προφίλ του, μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Z-Wave

Το Z-Wave είναι μια τεχνολογία επικοινωνιών που χρησιμοποιεί ραδιοκύματα ενέργειας χαμηλής ισχύος και έχει σχεδιαστεί κυρίως για οικιακό αυτοματισμό και προϊόντα όπως ελεγκτές λαμπτήρων και αισθητήρες κ.ά. Λειτουργεί σε συχνότητες κάτω του 1GHz και είναι αδιαπέραστo από παρεμβολές Wi-Fi και άλλων ασύρματων τεχνολογιών που λειτουργούν στη συχνότητα 2,4 GHz, όπως το Bluetooth και το ZigBee. Υποστηρίζει δίκτυα mesh και είναι επεκτάσιμο, επιτρέποντας τον έλεγχο έως και 232 συσκευών.

6LowPAN

Το 6LoWPAN είναι ένα ακρώνυμο της IPv6 που έχει σχέση με ασύρματα δίκτυα προσωπικής περιοχής που καταναλώνουν χαμηλή ενέργεια. Το 6LoWPAN είναι το όνομα του working group στην περιοχή διαδικτύου της IETF (Internet Engineering Task Force). Το σχέδιο του 6LoWPAN προήρθε από την ιδέα ότι το πρωτόκολλο του διαδικτύου θα πρέπει να είναι ικανό να χρησιμοποιείται και σε ακόμα μικρότερες συσκευές. Συσκευές οι οποίες χρησιμοποιούν χαμηλή ενέργεια με περιορισμένες ικανότητες επεξεργαστή και πρέπει να είναι ικανές να συμμετέχουν στη σύνδεση στο διαδίκτυο.

Thread

Το Thread είναι ένα νέο πρωτόκολλο δικτύωσης IPv6 ιδανικό για χρήση σε οικιακούς αυτοματισμούς. Βασίζεται στο 6LowPAN, ωστόσο δεν είναι ένα πρωτόκολλο IoT όπως το Bluetooth ή το ZigBee, αφού σχεδιάστηκε πρωτίστως ως συμπλήρωμα του WiFi. Δημιουργήθηκε στα μέσα του 2014 από την ομάδα Thread και βασίζεται σε διάφορα πρότυπα όπως το IEEE802.15.4 (ως πρωτόκολλο ασύρματης διασύνδεσης), το IPv6 κ.ά. Το Thread υποστηρίζει ένα δίκτυο mesh χρησιμοποιώντας πομποδέκτες IEEE802.15.4 και είναι σε θέση να διαχειριστεί μέχρι 250 κόμβους με υψηλά επίπεδα ελέγχου ταυτότητας και κρυπτογράφησης.

Wi-Fi

Η συνδεσιμότητα Wi-Fi είναι συχνά μια προφανής επιλογή για πολλούς προγραμματιστές, διαθέτει μια ευρεία υφιστάμενη υποδομή και προσφέρει γρήγορη μεταφορά και διαχείριση δεδομένων. Επί του παρόντος, το πιο συνηθισμένο πρότυπο Wi-Fi που χρησιμοποιείται στα σπίτια και σε πολλές επιχειρήσεις είναι το 802.11n, το οποίο προσφέρει μεγάλη απόδοση (εκατοντάδες megabits ανά δευτερόλεπτο) κάτι που το καθιστά ιδανικό για μεταφορές αρχείων. Ωστόσο μπορεί να καταναλώσει πολλή ενέργεια σε διάφορες εφαρμογές του IoT.

Κυψελοειδή δίκτυα

Οποιαδήποτε εφαρμογή IoT που απαιτεί λειτουργία σε μεγαλύτερες αποστάσεις μπορεί να επωφεληθεί από τις δυνατότητες της κυψελοειδούς επικοινωνίας GSM / 3G / 4G. Η μέθοδος αυτή είναι σαφώς ικανή να αποστείλει μεγάλες ποσότητες δεδομένων, ειδικά για το 4G, ωστόσο η κατανάλωση ενέργειας θα είναι υπερβολικά υψηλή για πολλές εφαρμογές, αλλά μπορεί να είναι ιδανική για προγράμματα που βασίζονται σε αισθητήρες χαμηλού εύρους ζώνης, τα οποία θα στείλουν πολύ χαμηλά ποσά δεδομένων μέσω του διαδικτύου. Το 3G ήταν το πρώτο κυψελοειδές δίκτυο “υψηλής ταχύτητας” και είναι ένα όνομα που αναφέρεται σε μια σειρά τεχνολογιών που πληρούν τα πρότυπα IMT-2000. Το 4G είναι η δημιουργία κυψελοειδών προτύπων που ακολούθησαν το 3G και είναι αυτό που οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν σήμερα στα κινητά τους. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε συσκευές 3G και 4G για συσκευές IoT, αλλά θα χρειαστείτε σταθερή πηγή ενέργειας (τακτική φόρτιση). Το 5G θα είναι η επόμενη γενιά πρωτοκόλλου κυψελοειδούς δικτύου.

NFC

Το NFC (Near Field Communication) είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει απλές και ασφαλείς αμφίδρομες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών, όπως τα smartphones, επιτρέποντας στους καταναλωτές να πραγματοποιούν συναλλαγές χωρίς επαφή, να έχουν πρόσβαση σε ψηφιακό περιεχόμενο και να συνδέουν ηλεκτρονικές συσκευές. Ουσιαστικά επεκτείνει την τεχνολογία της ασύρματης κάρτας και επιτρέπει στις συσκευές να μοιράζονται πληροφορίες σε απόσταση μικρότερη από 4 εκατοστά.

Sigfox

Μια εναλλακτική τεχνολογία ευρείας εμβέλειας είναι η Sigfox. Το Sigfox χρησιμοποιεί μια τεχνολογία που ονομάζεται Ultra Narrow Band (UNB) και έχει σχεδιαστεί μόνο για να χειρίζεται χαμηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων από 10 έως 1.000 bits ανά δευτερόλεπτο. Έχοντας ήδη αναπτυχθεί σε δεκάδες χιλιάδες συνδεδεμένα αντικείμενα και σε μεγάλες πόλεις σε όλη την Ευρώπη, συμπεριλαμβανομένων δέκα πόλεων στο Ηνωμένο Βασίλειο, το Sigfox προσφέρει ένα ισχυρό, οικονομικά αποδοτικό και κλιμακωτό δίκτυο που μπορεί να επικοινωνήσει με εκατομμύρια συσκευές που λειτουργούν με μπαταρία σε διάφορα τετραγωνικά χιλιόμετρα, καθιστώντας το κατάλληλο για διάφορες εφαρμογές όπως έξυπνες συσκευές μέτρησης, συσκευές παρακολούθησης ασθενών, συσκευές ασφαλείας, φωτισμός και περιβαλλοντικούς αισθητήρες.

Άλλα γνωστά πρωτόκολλα που μπορεί να συναντήσουμε είναι το LoRaWAN το οποίο έχει σχεδιαστεί για δημόσια δίκτυα μεγάλης κλίμακας, το Ingenu και το NB-IoT, του οποίου ενεργοί υποστηρικτές είναι η Huawei, η Ericsson και η Qualcomm.

{gallery}7090{/gallery}