-ѕоиск по дневнику

ѕоиск сообщений в predefglas

 -ѕодписка по e-mail

 

 -—татистика

—татистика LiveInternet.ru: показано количество хитов и посетителей
—оздан: 10.12.2014
«аписей:
 омментариев:
Ќаписано: 94

—етевые технологии »нтернета вещей

ƒневник

¬торник, 24 ћа€ 2016 г. 10:26 + в цитатник
ƒобрый день, уважаемые хабравчане! —егодн€ мы бы хотели остановитьс€ на описании различных сетевых технологий, разрабатывающихс€ дл€ »нтернета вещей. »нтернет вещей (IoT, Internet of Things) становитс€ следующим революционным скачком развити€, сравнимым с изобретением парового двигател€ или индустриализацией электричества. —егодн€ цифрова€ трансформаци€ переворачивает самые различные отрасли экономики и измен€ет наше привычное окружение. ѕри этом, как часто бывает в таких случа€х, конечный эффект этих преобразований трудно спрогнозировать, наход€сь в начале пути. Ќачавшийс€ процесс, очевидно, не может быть равномерным и на сегодн€шний день одни отрасли оказываютс€ в большей степени готовы к изменени€м, чем другие.   первым можно отнести потребительскую электронику, транспорт, логистику, финансовый сектор, ко вторым Ц например, сельское хоз€йство. ’от€ и здесь есть успешные пилотные проекты, обещающие интересные результаты. ѕроект TracoVino, одна из первых попыток использовать IoT в знаменитой долине ћозел€, старейшем винодельческом регионе современной √ермании. ¬ основе решени€ лежит облачна€ платформа, автоматизирующа€ все процессы в винограднике, от выращивани€ сырь€ до бутилировани€. ƒанные, необходимые дл€ прин€ти€ решений, поступают в систему от нескольких типов датчиков. ѕомимо определени€ температуры, влажности почвы и мониторинга окружающей среды, они могут определ€ть количество солнечной радиации, кислотность почвы и содержание в ней биогенных элементов. „то это дает? TracoVino не только позвол€ет виноделам получить общее представление о состо€нии их виноградника, но и проанализировать его определенные области, чтобы вы€вить проблемы, получить заблаговременную информацию о возможном заражении и даже получить прогнозы о качестве и количестве вина, что позвол€ет виноделам заключать форвардные контракты. „то еще можно подключить к сет€м?   наиболее развитым сценари€м использовани€ IoT можно отнести Ђумные городаї. —огласно исследовани€м Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics и министерства транспорта —Ўј на сегодн€шний день в рамках реализации этих проектов по всему миру насчитываетс€ более миллиарда устройств, отвечающих за те или иные функции в системах водоснабжени€, управлени€ городским транспортом, общественного здравоохранени€ и безопасности. Ёто умные парковки, оптимизирующие использование мест дл€ сто€нки, интеллектуальна€ система водоснабжени€, след€ща€ за качеством потребл€емой жител€ми города воды, умные автобусные остановки, позвол€ющие получить точную информацию о времени ожидани€ нужного транспорта и многое другое. ¬ промышленности уже функционируют сотни миллионов устройств, готовых к подключению. —реди них системы умного технического обслуживани€ и ремонта, логистического учета и безопасности, а также умные насосы, компрессоры и клапаны. Ѕольшое количество устройств задействовано в сферах энергетики и ∆ ’: многочисленные счетчики, элементы автоматики распределительных сетей, потребительское оборудование, электрозар€дна€ инфраструктура и инфраструктура дл€ возобновл€емых и распредел€емых источников энергии. ¬ области здравоохранени€ к интернету вещей подключаютс€ и будут подключены средства диагностики, мобильные лаборатории, различные имплантаты, устройства дл€ телемедицины. ќжидаетс€, что в ближайшие годы количество машинных подключений будет увеличиватьс€ на 25% в год, а всего к 2021 году на планете будет 28 миллиардов подключенных устройств. »з них всего 13 миллиардов придетс€ на привычные пользовательские гаджеты: смартфоны, планшеты, лэптопы и ѕ  Ц в то врем€ как 15 миллиардов будут составл€ть пользовательские и промышленные устройства: разного рода датчики, терминалы дл€ продаж, автомобили, табло, индикаторы и т.д. Ќесмотр€ на, казалось бы, поражающие воображение цифры из ближайшего будущего, и они не €вл€ютс€ окончательными. IoT будет внедр€тьс€ повсеместно, и чем дальше, тем больше устройств, простых и сложных, придетс€ подключить. ѕо мере развити€ технологий, а особенно под вли€нием запуска сетей 5G после 2020 года, рост числа подключенных устройств пойдет стремительными темпами и очень скоро приблизитс€ к 50 млрд. ћассовый характер подключений и различные сценарии использовани€ диктуют требовани€ к сетевым технологи€м IoT в самом широком диапазоне. —корости передачи данных, задержки, надежность (гарантированность) передачи определ€ютс€ особенност€ми конкретного применени€. » тем не менее есть р€д общих целевых показателей, которые требуют от нас отдельно рассматривать сетевые технологии дл€ IoT и их отличи€ от традиционных сетей мобильной св€зи. ¬ первую очередь, стоимость реализации сетевой технологии в конечном устройстве должна быть в разы меньше существующих сегодн€ модулей GSM/WCDMA/LTE, используемых при производстве смартфонов и модемов, даже в самом доступном классе. ќдна из причин, сдерживающих массовое внедрение подключенных устройств Ц высока€ стоимость чипсета, реализующего полный стек сетевых технологий, включа€ передачу голоса и многие другие функции, не €вл€ющиес€ необходимыми в большинстве IoT сценариев. —в€занное с этим, но формулируемое отдельным, требование Ц низкое энергопотребление и продолжительное врем€ автономной работы. ћногие сценарии и области применени€ IoT предусматривают автономное питание подключенных устройств от встроенных элементов питани€. ”прощение сетевых модулей и энергоэффективный дизайн позвол€ют добитьс€ времени автономной работы до 10 лет при емкости элемента питани€ 5 ¬т*ч. “аких показателей, в частности, удаетс€ достичь благодар€ снижению объема передаваемых данных и использованию продолжительных периодов Ђмолчани€ї, в течение которых устройство не получает и не передает информацию и практически не потребл€ет электроэнергию. ¬прочем, реализаци€ конкретных механизмов отличаетс€ от технологии к технологии. ѕокрытие сети, еще одна характеристика, нуждающа€с€ в пересмотре. —егодн€ покрытие мобильной сети обеспечивает достаточно устойчивую передачу данных в населенных пунктах, в том числе внутри помещений. ќднако подключенные устройства могут находитьс€ и там, где людей большую часть времени нет: отдаленные районы, прот€женные железнодорожные перегоны, поверхность обширных водоемов, подвалы, изолированные бетонные и металлические короба, лифтовые шахты, контейнеры и т.п. ÷елевым ориентиром решени€ этой задачи, по мнению большинства участников IoT рынка, €вл€етс€ улучшение бюджета линии на 20 dB относительно традиционных сетей GSM, €вл€ющихс€ лидером по покрытию среди мобильных технологий сегодн€. –азные сценарии использовани€ »нтернета вещей в разных индустри€х предполагают совершенно разные требовани€ к св€зи. » речь не только о возможности быстрого масштабировани€ сети в плане числа требующих подключени€ устройств. ≈сли в описанном нами примере Ђумного виноградникаї были задействовано множество достаточно простых датчиков, то на промышленных предпри€ти€х подключены будут весьма сложные роботы, выполн€ющие действи€, а не просто фиксирующие определенные параметры окружающей среды. ћожно вспомнить и про область здравоохранени€, в частности про оборудование дл€ телемедицины. »спользование этих комплексов, предназначенных дл€ проведени€ дистанционной диагностики, мониторинга сложных медицинских манипул€ций и удаленного обучени€ с использованием видеосв€зи в режиме реального времени несомненно будет предъ€вл€ть совершенно иные требовани€ в плане задержек сигнала, передачи данных, надежности и безопасности. “ехнологии IoT должны быть достаточно гибкими, чтобы обеспечивать различный набор сетевых характеристик в зависимости от сценари€ использовани€, приоритизацию дес€тков и сотен различных видов сетевого трафика и оптимальное перераспределение ресурсов сети дл€ сохранени€ экономической эффективности. ћиллионы подключенных устройств, дес€тки сценариев использовани€, гибкое управление и контроль Ц все это должно быть реализовано в рамках единой сети. –ешению поставленных задач посв€щены многочисленные разработки последних лет в сфере беспроводной передачи данных, как св€занные со стремлением адаптировать имеющиес€ сетевые архитектуры и протоколы, так и с созданием новых системных решений с нул€. — одной стороны мы видим так называемые Ђкапилл€рные решени€ї, довольно успешно решающие задачи IoT коммуникаций в рамках одного помещени€ или ограниченной территории.   таким решени€м можно отнести попул€рные сегодн€ Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee и их многочисленные аналоги. — другой Ц современные мобильные технологии, которые, очевидно, наход€тс€ вне конкуренции с точки зрени€ обеспечени€ покрыти€ и масштабируемости хорошо управл€емой инфраструктуры. —огласно исследованию Ericsson Mobility Report, покрытие GSM составл€ет 90% населенной территории планеты, сети WCDMA и LTE 65% и 40% соответственно при активно продолжающемс€ строительстве сетей. Ўаги, предприн€тые в рамках развити€ стандартов мобильной св€зи, в частности спецификации 3GPP Release 13 направлены как раз на достижение целевых дл€ IoT показателей при сохранении преимуществ использовани€ глобальной экосистемы. Ёволюци€ этих технологий станет основой будущих модификаций стандартов мобильной св€зи, в том числе стандартов сетей п€того поколени€ (5G). јльтернативные технологии низкой мощности дл€ нелицензируемого частотного спектра, в общем случае, направлены на более узкое применение. Ќеобходимость создани€ новой инфраструктуры и закрытость технологий существенно сдерживают распространение подобных систем. –ассмотрим, какие расширени€ стандартов мобильной св€зи определены дл€ включени€ в последнюю на сегодн€шний день редакцию рекомендаций 3GPP Release 13. EC-GSM –абоча€ группа GERAN, развивающа€ технологии GSM, предложила пакет расширенных функций под названием EC-GSM (варианты того же названи€: EC-GPRS, EC-GSM-IoT). ƒанна€ технологи€ предусматривает сравнительно небольшие изменени€ относительно базового GSM/GPRS/EDGE, что позвол€ет использовать подавл€ющее большинство установленных базовых станций этого стандарта без замены или модернизации аппаратного обеспечени€. ѕриведем основные характеристики: ‘актически, используетс€ стандартна€ несуща€ GSM/GPRS, с изменени€ми, позвол€ющими увеличить бюджет линии, увеличить количество устройств и снизить стоимость реализации технологии в конечном устройстве. ќсновные привнесенные изменени€: 1) Extended DRX (eDRX, Extended Discontinuous Reception) дл€ GSM и Power Saving Mode (PSM) Ц снижение периодичности об€зательных сигнальных сообщений, оптимизаци€ интервалов приема и получени€ информации, поддержка длительных, до 52 мин., периодов Ђмолчани€ї, в течение которых устройство остаетс€ подключенным к сети, не передава€ и не получа€ информацию. 2) Extended coverage Ц адаптаци€ канального уровн€ сети, использующа€, в том числе, многократное повторение передаваемой информации дл€ улучшени€ покрыти€ на 20 dB по сравнению с традиционными системами. 3) ƒругие улучшени€: упрощение сетевой сигнализации (отказ от поддержки той части сигнализации, котора€ обеспечивает совместную работу с WCDMA/LTE сет€ми); расширение механизмов аутентификации и безопасности соединени€ и др.  лючевое преимущество EC-GSM в готовности сетевой инфраструктуры (в большинстве случаев требуетс€ только обновление программного обеспечени€ на узлах сети), а также в распространенности сетей стандарта GSM и их охвата. eMTC ¬ариант eMTC (встречаютс€ также названи€ LTE-M, LTE Cat.M1) €вл€етс€ адаптацией IoT дл€ LTE сетей. ‘окус по-прежнему на достижении целевых показателей массового IoT (стоимость, покрытие, срок автономной работы) при обеспечении максимальной совместимости с имеющейс€ у операторов сетевой инфраструктурой. ¬ажное отличие технологии eMTC Ц высока€ пропускна€ способность, до 1 ћбит/с в каждом направлении (от абонента и к абоненту). —амое врем€ вспомнить про разнообразие сценариев использовани€ IoT, к которым мы обращались в начале статьи. ¬ определенных случа€х такие скорости передачи данных будут €вно востребованы. eMTC призван обеспечить снижение стоимости конечного IoT устройства за счет отказа от функциональности LTE, котора€ востребована и широко примен€етс€ в сет€х мобильного широкополосного доступа (ћЎѕƒ), но становитс€ избыточной при массовом подключении IoT устройств. Ёто продолжение работы, начатой 3GPP в предыдущем релизе спецификаций (Release 12), определившей LTE Cat.0 дл€ IoT. ¬ eMTC также добавлены механизмы Extended DRX и PSM дл€ LTE, которые решают задачу снижени€ энергопотреблени€ аналогично тому, как это было показано выше дл€ EC-GSM.  ак и в случае с EC-GSM, eMTC имеет высокую степень готовности сетевой инфраструктуры и может быть развернута на существующих сет€х LTE путем обновлени€ ѕќ. Ѕолее того, сети ћЎѕƒ и IoT могут сосуществовать и динамически перераспредел€ть используемые ресурсы (частотный спектр, вычислительную мощность базовой станции и др.) в зависимости от типа и количества подключенных устройств и создаваемого ими трафика. NB-IoT Narrowband IoT (узкополосный IoT) Ц это относительно новое направление развити€ сетевых IoT технологий и несмотр€ на то, что его использование предусматривает тесное взаимодействие и интеграцию c LTE, речь все же идет о создании нового типа радиодоступа, характеристики которого имеют больше отличий, чем сходства с имеющимис€ технологи€ми. ќжидаетс€, что существенна€ переработка протоколов канального уровн€ позволит снизить стоимость устройства NB-IoT по сравнению с LTE Cat.M1 на 90%. ќ поддержке технологии NB-IoT в своих продуктах уже за€вили многие производители сетевого оборудовани€ и абонентских модулей: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, а также ведущие операторы св€зи, среди которых, например, Vodafone, Deutsche Telekom и China Unicom. “аким образом, с прин€тием финальной версии спецификаций EC-GSM, eMTC и NB-IoT, которое запланировано на июнь текущего года, участники рынка получат в свое распор€жение три эффективных инструмента развити€ сетей IoT.  аждый из них имеет свои особенности и преимущества в зависимости от конкретного сценари€ использовани€ и характеристик той мобильной сети, на базе которой они будут развертыватьс€. ќднако в любом случае преимущества глобальной экосистемы, наличие и готовность развернутой сетевой и IT инфраструктуры, использование защищЄнного (лицензируемого) частотного спектра будут работать на снижение стоимости внедрени€ и эксплуатации. ј значит, в ближайшем будущем нас ожидает взрывной рост проектов с их использованием. Ќа этом закончим свой рассказ и благодарим хабравчан за внимание! ¬ следующем посте мы сфокусируемс€ на технологических аспектах технологии NB-IoT.

ћетки:  

 —траницы: [1]