Aktuální vydání

celé číslo

12

2017

Snímače a měřicí technika

celé číslo

Komunikační moduly a brány od MultiTech Systems pro internet věcí – od senzoru po cloud

Společnost MSC Technologies, zabývající se vývojem, výrobou, dodávkami a implementacemi vestavných systémů, nabízí široký sortiment produktů své partnerské firmy MultiTech Systems pro energeticky úsporná řešení komunikace v sítích WAN LoRa®. Nabídka zahrnuje komunikační moduly, brány i servery.  

Internet věcí, IoT, je v současné době velmi často používaný termín, ačkoliv koncepce internetu věcí vznikla již koncem 90. let minulého století. Předpovědi a prognózy se značně liší v odhadech, kolik zařízení bude do roku 2020 do sítě IoT připojeno: podle různých autorů to má být mezi 25 a 50 miliardami. V kaž­dém případě to bude ohromné množství, a proto se stále více mluví o použití IoT v běžném životě i v průmyslu. Mezinárodní telekomunikační unie ITU, přesněji její odbor ITU-T, zabývající se standardizací v oblasti telekomunikací, definoval internet věcí (IoT) jako „celosvětovou infrastrukturu pro informační společnost, umožňující realizovat pokročilé služby propojením (fyzických a virtuálních) věcí, založenou na existujících a vyvíjejících se vzájemně spolupracujících informačních a komunikačních prostředcích“.  

Síť IoT se typicky skládá ze snímačů, akčních členů nebo jiných zařízení, řídicích jednotek a volitelně terminálů HMI, kde jednotlivé entity mohou vzájemně komunikovat. Prvním krokem je získat z těchto entit informace, které mohou mít nejrůznější podobu. Tyto informace jsou komunikačními sítěmi přenášeny obvykle do jednoho místa, kde jsou koncentrovány a zpracovávány. V současné době je tímto místem nejčastěji cloud. Zpracované informace jsou dostupné z každého zařízení s přístupem na internet. Zde mohou být dále zpracovávány s využitím dostatečného výpočetního výkonu pro nejrůznější interpretace a analýzy. A nakonec, aby se uzavřela zpětná vazba, jsou možné také interakce s jednotlivými „věcmi“.

Pro realizaci sítí internetu věcí se používají různé komunikační systémy, z nichž kaž­dý má své výhody a nevýhody. Při výběru se srovnává zejména energetická náročnost, dosah a spolehlivost.

Objevilo se zejména množství nových bezdrátových komunikací určených pro IoT. Jedním z nových systémů je LoRa® (Long Range). Vyznačuje se velkou energetickou úsporností, která je dána využitím mechanismu ADR (Adaptive Data Rate). Jednotlivé komunikační uzly na základě historie přenosů (objemu dat, poměru signál/šum, počtu komunikačních bran, které zprávu přijaly) optimalizují své přenosové pásmo (systém používá metodu rozmítaného spektra) a vysílací výkon. Na základě toho je komunikace nejen energeticky úsporná, ale také spolehlivá a vždy s potřebným dosahem. Předpokladem ovšem je, že jde o síť statickou, bez pohyblivých nódů. Pro mobilní zařízení je mechanismus ADR nepoužitelný. Pro zájemce o bližší informace o síti LoRa lze doporučit zejména stránky aliance LoRa https://www.lora-alliance.org/. V České republice veřejné sítě LoRa nabízí několik operátorů a pokrytí postupně roste.

Americká společnost Multi-Tech Systems, Inc., která je členem již zmíněné alian­ce LoRa, nabízí široké spektrum produktů od komunikační nódů až po servery využívajících protokol LoRaWAN™.  

Komunikační moduly

Například nový MultiTech MultiConnect® xDot™ je radiofrekvenční modul velkého dosahu určený pro sítě LoRa, volitelně s plnou podporou protokolu LoRaWAN. Tyto moduly pracují v pásmech 868 MHz (Evropa) a 915 MHz (Severní Amerika) a připravuje se modul pro pásmo 433 MHz (bezlicenční pásmo v Evropě i Severní Americe, stejně jako v některých zemích Asie a Blízkého východu, v Austrálii nebo jižní Africe, ovšem cenou za univerzálnost je velké zarušení). Modul xDot je schopen obousměrné komunikace na vzdálenost až 16 km ve volném prostoru a 2 km v budovách, což je pro bezdrátovou komunikaci, která není založena na buňkovém principu, mimořádně velký dosah.

Moduly MultiConnect xDot využívají procesory ARM Cortex-M3. Jde o energeticky úsporné procesory s operačním systémem ARM mbed, snadno programovatelným, a proto vývojáři oblíbeným. Doba provozu na baterie závisí na aplikaci a provozních podmínkách, obecně se však počítá v rocích. Tam, kde je přímo v modulu požadován větší výpočetní výkon, lze použít variantu MultiConnect mDot™ (obr. 1 dole).

Moduly MultiConnect xDot nebo mDot  komunikují s vhodnou komunikační bránou LoRa nebo LoRaWAN. Mohou to být např. MultiConnect Conduit™ (obr. 1) nebo MultiConnect Conduit™ IP67 Base Station (obr. 2), programovatelné komunikační brány s možností komunikace v mobilních sítích 2G, 3G a 4G. Mají dva sloty pro karty z řady MultiConnect® mCard™. Jsou-li těmito kartami např. LoRa mCard, je možné k jedné bráně připojit až 10 000 modulů xDot nebo mDot. Obě brány mohou fungovat jako síťové servery nebo jako brány přeposílající pakety do nadřazené sítě a mohou být využity v privátních i veřejných sítích LoRa.

Podle druhu páteřní infrastruktury je možné brány MultiConnect Conduit použít také s WiFi nebo Bluetoothem LE. Lze využít též karty MultiConnect mCard pro GPIO, sériové rozhraní nebo Ethernet. Sortiment doplňuje také mCard pro bezdrátové sítě XBee.

Vývojáři mohou u komunikačních bran MultiConnect Conduit využít 32bitový procesor ARM9 a 256 MB paměti typu flash. Vzhledem k možnosti použití různých bezdrátových komunikací je velkou výhodou komunikačních bran MultiConnect Conduit jejich velká flexibilita, díky níž lze jednotným hardwarem realizovat většinu scénářů použití IoT.

K tomu, aby bylo dosaženo stejné flexibility i na straně softwaru, lze aplikace pro IoT programovat v grafickém prostředí Node-RED od IBM nebo v prostředí mLinux™ Open Embedded/Yocto, které vychází z jádra Linux 3.12 Kernel a podporuje programovací jazyky Java, Ruby, Perl, Python, C/C++, PHP, C# a JavaScript.

Komunikační brány MultiConnect Conduit je možné konfigurovat, aktualizovat a monitorovat také z cloudu, a to bez jakýchkoliv dalších nákladů: stačí použít nástroj Device HQ™ od firmy MultiTech Systems (obr. 3). K dispozici je rověž knihovna hotových aplikací. Jestliže uživatel nenajde přesně tu aplikaci, kterou potřebuje, může si vyvinout vlastní.

Navíc v prostředí Node-RED lze bránu MultiConnect Conduit nakonfigurovat i pro komunikaci s jakoukoliv cloudovou službou REST API.

MultiConnect Conduit s širokými možnostmi konektivity, velkou flexibilitou hardwaru i softwaru lze označit za to pravé řešení pro IoT.

[Firemní podklady MSC Technologies GmbH.]

 

(Bk)

Obr. 1. Internet věcí s použitím komponent MultiTech Systems: komunikační modul mDot (dole) a komunikační brána MultiConnect Conduit s kartami mCard

Obr. 2. Komunikační brána MultiConnect Conduit IP67 Base Station je vhodná i do náročných provozních podmínek

Obr. 3. Device HQ – nástroj pro monitorování, konfiguraci a aktualizaci softwaru jednotlivých zařízení IoT