Aby mohl Internet věcí (IoT) úspěšně fungovat, musí mít tisíce či miliony koncových zařízení možnost spolehlivě odesílat nasbíraná data ke zpracování. Vzhledem k tomu, že IoT senzory jsou často umístěny v terénu, na fasádách budov, uvnitř průmyslových strojů nebo v logistických kontejnerech, je natažení klasických datových kabelů (Ethernetu) ve většině případů technicky i ekonomicky nemožné.

Bezdrátové sítě jsou proto naprosto klíčovou infrastrukturou pro IoT. Neexistuje však jedna univerzální bezdrátová technologie. Výběr té správné závisí na třech protichůdných faktorech: dosahu sítě, přenosové rychlosti (objemu dat) a energetické náročnosti (životnosti baterie).

Bezdrátové technologie využívané v IoT lze rozdělit do tří hlavních kategorií podle jejich geografického dosahu a síťové architektury:

Tato zařízení komunikují na vzdálenost jednotek až desítek metrů. Jsou ideální pro vnitřní prostory, jako jsou chytré domy, kanceláře, budovy nebo nemocnice.

• Wi-Fi (IEEE 802.11): Nabízí obrovskou přenosovou rychlost, což je ideální pro přenos videa z bezpečnostních kamer nebo streamování audia. Má však vysokou spotřebu energie, což ji vylučuje z provozu na malé baterie.
• Bluetooth Low Energy (BLE): Extrémně úsporná verze klasického Bluetooth. Skvělá pro nositelnou elektroniku (wearables), jako jsou fitness náramky, lékařské senzory nebo lokalizační majáky (Beacons). Má ale velmi omezený dosah.
• Zigbee / Z-Wave / Thread: Mesh sítě navržené speciálně pro chytrou domácnost. Zařízení fungují jako opakovače (routery), takže si signál předávají z jednoho na druhé, čímž se dosah sítě přirozeně zvětšuje. Thread navíc přináší nativní podporu IPv6 (viz 6LoWPAN).

Využívají stávající globální infrastrukturu mobilních operátorů (vysílače/BTS). Mají obrovské pokrytí, vysokou spolehlivost a garantované licencované pásmo.

• LTE-M (Long Term Evolution for Machines): Optimalizovaná verze 4G sítí pro IoT. Podporuje přenos hlasu, vyšší datové toky a bezproblémový roaming, což je vhodné pro sledování polohy logistických zásilek (tracking).
• NB-IoT (Narrowband IoT): Licenční technologie úzkopásmového internetu věcí. Má ze všech mobilních technologií nejlepší prostupnost zdmi (vhodné pro chytré vodoměry a plynoměry schované hluboko ve sklepích).
• 5G sítě: Přináší technologii mMTC (Massive Machine Type Communications), která umožňuje připojit až milion zařízení na jeden kilometr čtvereční s minimální latencí. Ideální pro autonomní vozidla a kritickou infrastrukturu.

LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) v bezlicenčních pásmech představuje technologický průlom vytvořený speciálně pro potřeby IoT. Tyto sítě dokážou přenášet data na vzdálenost několika kilometrů (v otevřeném terénu i desítek km) a koncové senzory přitom vydrží běžet na jednu baterii 5 až 10 let. Daň za to je extrémně nízká přenosová rychlost (zařízení posílají jen jednotky bajtů za hodinu).

• LoRaWAN: Otevřený standard fungující v bezlicenčním pásmu (v Evropě 868 MHz). Kdokoliv si může postavit vlastní bránu (Gateway) a provozovat privátní síť zcela zdarma.
• Sigfox: Globální ultra-úzkopásmová síť fungující jako komerční služba. Velmi jednoduchá a levná zařízení, ale striktně omezený počet zpráv za den (max. 140 zpráv/den o velikosti 12 bajtů).

Při návrhu IoT řešení pomáhá tato základní srovnávací tabulka:

Provoz milionů bezdrátových senzorů s sebou nese specifické inženýrské výzvy:

• Rušení v bezlicenčních pásmech: Sítě jako Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee i LoRa sdílejí volně dostupná pásma (např. 2,4 GHz nebo 868 MHz). S masivním nárůstem počtu zařízení roste riziko vzájemného zarušení a ztráty datových paketů.
• Zabezpečení rádiového přenosu: Jelikož se signál šíří otevřeně vzduchem, může ho kdokoli odposlouchávat. Komunikace proto musí být šifrována už na úrovni samotného hardwarového čipu (end-to-end šifrování, nejčastěji pomocí algoritmu AES-128).
• Správa napájení a Energy Harvesting: Aby se zamezilo ekologické zátěži z miliard vybitých baterií, moderní senzory využívají technologie získávání energie z okolního prostředí (miniaturní solární články, termoelektrické generátory nebo piezoelektrické sběrače vibrací).

Související články:

• Internet věcí (IoT) – Hlavní přehled
• Technologie LoRaWAN podrobně
• Srovnání: Protokol MQTT vs. LoRaWAN
• IPv6 a přechodová vrstva 6LoWPAN v IoT

Tagy: iot networking wireless wifi bluetooth zigbee lora nbiot 5g lpwan