Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Společnost RS Components a internet věcí

V paradigmatu, jakým je internet věcí (IoT), jsou přístroje, chytrá mobilní zařízení a domácí spotřebiče stále více vzájemně propojené a výzkumy trhu předpovídají, že do konce desetiletí budou k internetu připojeny desítky miliard zařízení, každé s unikátní IP adresou. Koncept IoT v mnoha ohledech nepřináší nic nového a je pouhým rozšířením sítě stále častěji propojených zařízení, která lidé již nyní používají na pracovištích a v domácnostech, zatímco chytré telefony se postupně vyvíjejí v jakési osobní „ovladače“ mnoha zařízení v našem okolí.

 

Příklady využití

Síť IoT založená na protokolu IP je tvořena biliony snímačů, miliardami mikropočítačů a miliony komunikačních bran vedoucích přímo ke cloudovým datovým serverům a inteligentním systémům, které takto získaná „velká data“ zpracovávají. Díky konceptu IoT může vznikat bezpočet řídicích systémů pro budovy a domácí automatizaci, např. pro systémy chytrého osvětlení nebo pro inteligentní sítě určené k distribuci elektřiny a vody, či systémů pro oblast průmyslu a dopravy. Jednoduchým příkladem může být domácí osvětlení, kde by přivedení řídicích signálů k jednotlivým žárovkám v každé místnosti domu bylo příliš nákladné, zatímco instalací snímačů a ovladačů s nízkou spotřebou energie, bezdrátových mikropočítačů a použitím energeticky nenáročné bezdrátové komunikace lze vytvořit inteligentní systém osvětlení s možností plného nastavení a přizpůsobení.
 

Bezdrátová komunikace

Klíčem ke konceptu IoT je energeticky nenáročná bezdrátová komunikace: v úlohách typu M2M je např. často používán síťový protokol ZigBee s topologií mesh v pásmu 2,4 GHz, který umožňuje snadno přidávat koncové body do sítě a propojovat je s komunikačními branami pomocí linek s nízkým datovým tokem (250 kb/s). Nejnovější verze protokolu, ZigBee IP, již používá standard IPv6 a dovoluje přistupovat ke koncovým snímačům přímo prostřednictvím internetu.
 
Protokol ZigBee verze Green Power navíc usnadňuje napájení zařízení pomocí získávání energie z okolí (energy harvesting). Dalším standardem na vzestupu je protokol Weightless, který používá volné frekvence televizního vysílání a byl vyvinut konkrétně pro úlohy typu M2M. Existují také nové, energeticky úspornější verze standardů WiFi a Bluetooth (BLE – Bluetooth Low Energy) v různých stadiích vývoje, přičemž komunikace BLE již zaznamenala úspěchy na spotřebitelských trzích a pravděpodobně se stane důležitým komunikačním standardem pro dosažení delší výdrže baterií např. v oblasti nositelných zařízení.
 

Mikropočítače s malou spotřebou elektřiny

Pro oblast IoT jsou důležité také úsporné mikropočítače, např. založené na mikroprocesoru ARM Cortex, od předních výrobců polovodičových součástek, jako jsou společnosti Freescale, NXP, ST, TI a mnohé další. Jako příklad je možné uvést nejnovější mikropočítače Gecko značky Silicon Labs (obr. 1), používající speciálně vyvinuté úsporné režimy, díky kterým se spustí, odešlou data, opět se vypnou a znovu se spustí až poté, co obdrží signál ze snímačů. Tato zařízení jsou napájena bateriemi s napětím 3,6 V, které je mohou zásobovat energií po dobu deseti až dvaceti let, a jsou tak optimalizována pro použití ve snímačových sítích nebo inteligentních sítích pro distribuci energie. Spotřeba těchto mikropočítačů je tak malá, že mohou být napájeny solárními články, nebo dokonce rádiovými frekvencemi či tepelnou energií z okolního prostředí a potom pro svůj provoz vůbec nepotřebují baterie.
 

Širší možnosti při vývoji produktů pro IoT

Vývojové platformy jako mbed, Arduino a Raspberry Pi, které v současnosti nabízejí stále širší konektivitu, včetně systémů WiFi a Bluetooth, poskytují konstruktérům při vývoji produktů pro IoT nepřeberné množství možností. Další obzory se vývojářům otevírají s miniaturní vývojovou deskou SparqEE CELLv1.0, která umožňuje připojení k mobilním sítím 2G/3G a kterou lze při využití zásuvných dceřiných karet neboli „štítů“ (z angl. shield) připojit i k deskám Arduino a Raspberry Pi.
 

RS Components a IoT Design Centre

Všechny tyto vývojové platformy jsou k dostání u společnosti RS Components, která však při podpoře inovací v oblasti IoT hraje mnohem důležitější roli. To dokázala i nedávným spuštěním centra IoT Design Centre v rámci on-line komunity DesignSpark (obr. 2). Centrum IoT Design Centre nabízí softwarové nástroje pro vývoj a mnoho zdrojů, které mohou všem významně pomoci při rychlé tvorbě prototypů a při vývoji aplikací pro produkty. Tento on-line prostor obsahuje také blogy a články psané partnery společnosti RS, členy komunity DesignSpark a předními odborníky v oboru. Články obsahují detailní rozbory konceptu IoT, zaměřují se na to, jak vznikal, kam směřuje jeho vývoj a proč jej lidé potřebují, a především zkoumají, jak jsou „věci“ nebo objekty propojeny z hlediska hardwaru, aplikací, síťové infrastruktury a bezpečnosti dat.
 
Glenn Jarrett, Global Head
of Product Marketing, RS Components
 
Obr. 1. Energeticky úsporný mikropočítač Gecko od Silicon Labs je vhodný po zařízení IoT
Obr. 2. IoT Design Centre v rámci komunitního webu DesignSpark