La expoziția electronică din 2018 din München, Endrich GmbH, cu sprijinul Deutsche Telekom și filiala sa T-Systems Ungaria, a instalat un sistem de testare NB-IoT live care transmite imaginea unui senzor termic simplu prin UDP către un server de aplicații care oferă reprezentarea vizuală a distribuției căldurii prin internet

Internetul obiectelor (IoT) este o multitudine de dispozitive inteligente în rețea care au în comun faptul că datele senzorilor lor sunt colectate și procesate de serverele de aplicații pentru un serviciu cloud prin intermediul modulelor de comunicații. Fie că dispozitivul este un ceas inteligent, o brățară (purtabilă) care monitorizează funcția corpului în scopuri de sănătate sau sportive, un senzor agricol care măsoară umiditatea solului sau temperatura exterioară sau umiditatea aerului, un contor inteligent care poate raporta propria poziție, un depozitați inteligent un frigider sau un raft capabil să înregistreze pierderea de bunuri oferite, o alarmă la domiciliu, un sistem de monitorizare în vârstă sau o alarmă de incendiu - în fiecare caz este necesar să utilizați un fel de tehnologie de comunicație fără fir. Cum ar trebui să arate această rețea standard viabilă din punct de vedere economic, din punct de vedere tehnic, standard? Majoritatea oamenilor din lumea IoT caută răspunsul la această întrebare astăzi.

Dacă distanțele scurte trebuie parcurse fie cu fire, fie cu unde radio, rețelele locale pot folosi LAN, WiFi sau alte soluții WLAN precum Bluetooth, ZigBee sau alte tehnologii de câmp apropiat (RFID), atâta timp cât bateria nu limitează utilizarea lor. Cu toate acestea, pentru distanțe mai mari, trebuie să utilizați deja un fel de serviciu de rețea universal, cum ar fi LoRaWAN sau rețeaua de telefonie mobilă. Dacă datele urmează să fie livrate către serverele de baze de date ale furnizorilor de cloud și ulterior procesate și vizualizate de un program bazat pe o anumită tehnologie Internet, transmiterea de date bazată pe TCP/IP sau UDP este evidentă și poate cea mai bună soluție este oferită de celularele retele mobile. Din păcate, însă, această tehnologie clasică își atinge încet limitele, iar numărul de puncte finale (dispozitive inteligente) deservite de celulele mobile nu poate fi crescut semnificativ. În plus, nevoile reduse de transmisie de date ale acestor dispozitive pot fi satisfăcute doar de serviciile furnizate de rețelele mobile de bandă largă de astăzi (GPRS, UMTS sau LTE) prin implicarea unor resurse prea scumpe și inutile, ceea ce împiedică mult așteptatul și proiectatul IoT/M2M revoluţie.

Astăzi, dispozitivele inteligente necesită o transmisie de date radio standard ușor accesibilă, care oferă raportul ideal dintre lățimea de bandă aplicabilă și cost.

Unul dintre posibilele răspunsuri tehnologice ale operatorilor de telefonie mobilă de frunte la această provocare în domeniul rețelelor LPWAN (rețea cu suprafață redusă) pentru transmiterea datelor de la mașină la mașină (M2M) este de joasă putere (NB) -IoT) standard (LTE Cat- NB1).

Există o serie de alte tehnologii în acest domeniu, dar nu sunt optimizate în primul rând pentru transmiterea mai puțin frecventă a unor cantități mici de date și, deși au de obicei o acoperire excelentă în exterior, capacitățile lor de recepție în interior sunt sever limitate. Modulele disponibile comercial acceptă în general majoritatea serviciilor oferite de rețelele 3G/4G, ceea ce nu este deloc necesar pentru aplicațiile IoT. În plus față de scumpirea hardware-ului, consumă și mai multă energie și reduc foarte mult durata de viață a bateriei. O caracteristică importantă a rețelelor mobile este gradul ridicat de scalabilitate, operatorii de rețele mobile își pot gestiona propria capacitate în rețeaua LTE existentă. Tehnologiile protejate precum SigFox și LoRa necesită propriile gateway-uri și rețele locale, care sunt operate de diferite companii din diferite țări, astfel încât operatorii de rețea trebuie să se ocupe de caracteristici unice. Este mai sigur și mai convenabil pentru ei să opereze de-a lungul platformei LTE existente.

NB-IoT se bazează pe tehnologia LTE, dar unele servicii care nu sunt relevante pentru nevoile LPWA lipsesc din specificațiile sale, astfel încât poate oferi beneficii pe care alte tehnologii, precum GPRS/UMTS/LTE, le pot obține doar la un cost semnificativ. NB-IoT servește ca o extensie a standardului LTE actual, precum și LTE-CAT-M1 (LTE-CAT-M1) dezvoltat pentru comunicații M2M, care necesită nevoi mai grave de transmisie a datelor. Datorită lățimii sale de bandă semnificativ crescute, acesta din urmă necesită o lățime de bandă a spectrului mult mai complexă și, astfel, module radio mai scumpe.

NB-IoT utilizează infrastructura existentă a rețelei LTE (stații de bază, antene, spectru autorizat). Benzile permise pot gestiona o cantitate imensă de dispozitive, în timp ce pe măsură ce numărul de dispozitive conectate din benzile ISM crește, recepția se deteriorează din cauza interferențelor. Lățimea de bandă disponibilă pentru dispozitivele NB-IoT poate fi împărțită în multe părți datorită cantității mici de date, astfel încât punctul final utilizat într-o celulă GSM tradițională poate fi de o sută de ori numărul de dispozitive gestionate. Desigur, viteza de la 600 biți/s până la 250 kbit/s oferă o soluție satisfăcătoare numai pentru senzorii de pe dispozitivele inteligente unde doar câteva date trebuie transmise cu un număr mic de iterații zilnice și, în schimb, se poate realiza un consum redus la cost scăzut.

Beneficiile și cuvintele cheie NB-IoT sunt COBERTURĂ, VIAȚĂ LUNGĂ, COST COST ECHIPAMENT scăzut și PROPRIETĂȚI BUNE DE RECEPȚIE LA INTERIOR.

Rețelele celulare, inclusiv LTE utilizate de NB-IoT, oferă o acoperire excelentă în mediile urbane, dar senzorii sunt de obicei amplasați în exterior sau în interiorul clădirilor, posibil la subsol, astfel încât consumul modulelor GSM tradiționale poate crește foarte mult din cauza condițiilor de recepție slabe . Datorită densității sale mai mari de energie datorită lățimii de bandă a frecvenței purtătoare înguste a undelor radio, NB-IoT este mai capabil să pătrundă în interiorul clădirilor și poate fi reconectat în condiții de recepție slabe: toate acestea sunt „plătite” de către utilizator cu lățimea de bandă inferioară. Pachetele de date mici trimise la intervale lungi necesită puțină energie pentru modul, realizând astfel unul dintre cele mai mari avantaje ale NB-IoT este durata lungă de viață a bateriei datorită consumului minim de energie. Modulele GPRS/UMTS/LTE (GSM/3G/4G) acceptă o serie de servicii care nu sunt solicitate de dispozitivele IoT: comunicații vocale, servicii SMS și acces la internet în bandă largă. Prin omiterea acestora, hardware-ul este simplificat, ceea ce afectează prețul dispozitivelor, iar consumul poate fi, de asemenea, minimizat. Pentru ca tehnologia NB-IoT să fie utilizată, trebuie luate în considerare câteva lucruri despre dispozitiv:

Condițiile de acoperire permit aplicarea tehnologiei? (Există acoperire, există suficientă intensitate a câmpului în punctul de plasare a senzorului?)
Trebuie verificat profilul de trafic, și anume cât de des și cât de multe date trebuie încărcate sau descărcate (comenzi, actualizări)!
Trebuie calculat dacă durata de viață a bateriei preconizată pe baza consumului acoperă cerințele aplicației și tehnologia de stocare a energiei aplicată (baterie litiu, capacitate, caracteristică de descărcare) trebuie determinată pe baza acestui lucru! Dacă se așteaptă extrageri de curent instantanee mari (căutare celulară, repetarea conexiunii de mai multe ori), este recomandabil să utilizați un supercondensator conectat în paralel cu bateria cu litiu, care ajută la furnizarea unui impuls de energie imediat modulului nostru în timp ce procesul de depasivare a bateriei cu litiu este In progres.

Datorită interacțiunii factorilor de mai sus, este de obicei necesar un compromis sau trebuie făcută o reducere pe durata de viață preconizată a bateriei sau trebuie aleasă o sursă de alimentare mai scumpă și mai mare.

Pe scurt, tendințele pieței indică un salt în creșterea dispozitivelor IoT, iar utilizarea tehnologiei NB-IoT pentru a le comunica va fi inevitabilă în următorii ani. T-Systems a recunoscut acest lucru și a fost primul din Ungaria care și-a introdus serviciul NB-IoT, care este disponibil la Budapesta din noiembrie 2017, cu acoperire completă și sunt în curs de dezvoltare. Deutsche Telekom a făcut acum acest serviciu disponibil în marile orașe germane și este primul din lume care oferă acoperire la nivel național în Olanda.

Endrich, împreună cu furnizorii săi, se străduiește să răspundă acestei tendințe de piață pe partea componentelor: senzorii noștri sunt bine cunoscuți de patruzeci de ani și acum am intrat în lumea NB-IoT împreună cu partenerul nostru de producție a modulelor GSM, FiboCom.

Dezvoltat pentru a promova tehnologia, am prezentat un sistem bazat pe NB-IoT la expoziția electronica 2018 de la München, în colaborare cu T-Systems, care integrează populara mini-cameră termică GridEye cu termocuplu de 64 de pixeli Mini Panasonic ca senzor în Internetul obiectelor . Datele de distribuție a temperaturii sunt transmise către diferite servere Cloud prin rețeaua germană NB-IoT utilizând modulul cu trei benzi (CATM1, NB1 și GPRS) al Fibocom M910, unde ne ocupăm și de afișarea vizuală a datelor și de crearea imaginea de distribuție a căldurii.

Un astfel de serviciu bazat pe cloud este furnizat de serverul T-Systems din Budapesta, unde sunt afișate valorile medii ale temperaturii măsurate de fiecare pixel al aparatului termic și datele despre temperatura ambiantă măsurate de un NTC.

Serverul Cloud, operat de Endrich, primește datele de temperatură pe bază de pixel cu pixel și generează o imagine de distribuție a temperaturii care poate fi vizualizată printr-un browser de Internet pe smartphone-urile cu acces la Internet ale vizitatorilor de târguri sau pe ecranul de chioșc mare de pe site.

Conform recomandărilor T-Systems, comunicarea are loc prin protocolul de transmisie UDP în loc de TCP/IP, deoarece aceasta reduce cantitatea de date datorită dimensiunii mai mici a antetelor și, de asemenea, crește viteza datorită verificărilor erorilor lipsă. Securitatea datelor este, de asemenea, îmbunătățită de faptul că datele pot fi trimise numai la adresa IP de destinație (server). NB-IoT oferă un nivel ridicat de securitate datorită autentificării bazate pe SIM și a utilizării unei chei de criptare lungi (128-256 biți).

Figura 7 prezintă structura sistemului, controlul este asigurat de un software bazat pe Windows care rulează pe un computer de tip panou (Figura 5). Puteți selecta serviciul cloud pe care doriți să îl utilizați și APN în funcție de țară. Senzorul este conectat la computer printr-un port serial (USB), iar imaginea curentă de disipare a căldurii este afișată vizual, iar modelul unui obiect (de exemplu, o persoană) mai cald decât temperatura ambiantă este evidențiat. Modemul GSM, de asemenea conectat prin USB, este controlat de comenzile AT printr-un emulator de terminal încorporat în program, stabilind astfel o conexiune cu APN, stabilind o priză UDP către serverul de aplicații și direcționând datele către această bază de date prin acest canal.

Selectând serverul T-Systems, puteți vedea datele în text.

Dacă propriul server de aplicații Endrich este ales pentru procesarea datelor, imaginea termică poate fi vizualizată pe orice dispozitiv conectat la Internet printr-un browser de internet (Figura 4).