Spis treści:
Není pochyb o tom, že moderní technologická éra s sebou přinesla revoluci, jejíž důsledky se stále více projevují v našem každodenním životě. Internet věcí (IoT) je jedním z nejdůležitějších a nejzajímavějších projevů tohoto pokroku. S rozvojem technologií se stále více zařízení vzájemně propojuje a vytváří rozsáhlou síť, která mění způsob našeho života, práce a komunikace. Zařízení, která dříve fungovala izolovaně, nyní spolupracují a vyměňují si informace. Příkladem chytrých zařízení v našich domácnostech mohou být termostaty, ledničky nebo ovladače rolet. Stojí také za to vědět, že zařízení patřící do IoT se používají i v jiných oblastech, jako je průmysl, medicína a zemědělství. Ať chceme nebo ne, internet věcí se stává klíčovým prvkem technologického pokroku, jehož vliv pociťujeme každý den.
Jen v USA se počet zařízení internetu věcí odhaduje na desítky miliard a tento počet neustále roste. S tím, jak se naše televize, telefony, auta a dokonce i domácí spotřebiče stávají stále integrovanějšími, se naše každodenní realita mění v inteligentní ekosystém, v němž hraje klíčovou roli komunikace mezi zařízeními.
V tomto článku se blíže podíváme na základní komunikační standardy ve světě internetu věcí. Lepším pochopením těchto norem a rostoucího významu komunikace mezi zařízeními získáme přehled o neustále se měnícím technologickém prostředí, které utváří naši budoucnost.
Co je to internet věcí?
Internet věcí je fascinující koncept, který posouvá naši představu o komunikaci mezi stroji na zcela novou úroveň. Stručně řečeno, IoT označuje globální síť fyzických zařízení, která jsou vzájemně propojena a mohou si vyměňovat data, často bez lidského zásahu. Tato zařízení mohou zahrnovat širokou škálu zařízení od klasických chytrých telefonů a osobních počítačů až po překvapivější prvky našeho životního prostředí, jako jsou ledničky, lampy, automobily nebo dokonce průmyslové stroje. Podstatou IoT je umožnit těmto zařízením komunikovat, aby mohla spolupracovat, poskytovat data, analyzovat informace a autonomně přijímat opatření. Tento moderní přístup k technologiím má potenciál nejen revolučně změnit naše každodenní rutiny, ale také změnit fungování celého světa.
Co může být zařízením internetu věcí?
Škála zařízení, která se mohou stát integrální součástí internetu věcí, je velmi rozmanitá a neustále se rozšiřuje s rozvojem technologií. Dnes se může stát součástí globální sítě IoT prakticky jakékoli zařízení, které lze vybavit správnými senzory, připojením k internetu a schopností zpracovávat data. Typickým příkladem jsou domácí spotřebiče, jako jsou termostaty, osvětlení nebo televizory, které mohou díky své schopnosti komunikovat poskytovat informace o svém stavu a být ovládány na dálku. Z IoT může profitovat také průmysl, který využívá chytré stroje a senzory ke sledování výroby, stavu a optimalizaci procesů. Ve zdravotnickém oboru se zase zařízení internetu věcí používají k monitorování pacientů a poskytování lékařských údajů odborníkům v reálném čase. I města se stávají chytrými a integrují systémy pro dopravu, odpadové hospodářství nebo monitorování kvality ovzduší. To je jen špička ledovce, protože všechny nové nápady a technologie mohou tento rozmanitý ekosystém zařízení internetu věcí rozšířit.
Komunikace ve světě IoT
Ať už je do ekosystému internetu věcí začleněn jakýkoli hardware, klíčem k úspěchu je způsob odesílání a přijímání informací. Díky tomu mohou zařízení spolupracovat, reagovat na přijatá data a odesílat vlastní informace. Zařízení IoT bez komunikačních schopností budou jednoduše mrtvá. Význam komunikace ve světě IoT je skutečně obrovský, a proto stojí za to seznámit se se základními komunikačními standardy používanými v této pozoruhodné oblasti technologií.
WIFI
Komunikace WiFi je základem dnešních technologií IoT. Jedná se o soubor protokolů a specifikací, které umožňují bezdrátovou výměnu dat mezi zařízeními v místní síti. Historie WiFi sahá až do počátku 90. let 20. století. kdy Institut elektrotechnických a elektronických inženýrů (IEEE) začal pracovat na standardu 802.11, který tvoří základ dnešních sítí WiFi.
Zpočátku se WiFi používalo hlavně jako náhrada kabelů Ethernet a umožňovalo komunikaci mezi počítači v kancelářích a domácnostech. Technologie WiFi však postupem času prošla mnoha evolucemi a stala se nesmírně důležitou součástí našeho každodenního života. S rostoucí rychlostí přenosu dat nám WiFi umožňuje procházet internet, streamovat média, pořádat videokonference a používat zařízení IoT.
Proč je WiFi v ekosystému IoT tak populární? To je způsobeno několika klíčovými faktory. Za prvé, WiFi je široce dostupné a kompatibilní s mnoha typy zařízení, což usnadňuje integraci nových zařízení IoT do již existujících sítí. Za druhé, tento standard nabízí relativně vysokou datovou propustnost, což je důležité pro zařízení, která vyžadují rychlý přenos dat, jako jsou sledovací kamery nebo senzory, které sbírají data v reálném čase. Kromě toho je implementace WiFi relativně levná, což usnadňuje masovou výrobu komerčních zařízení.
V souvislosti s internetem věcí hraje WiFi klíčovou roli při vytváření inteligentních domácností, kde zařízení, jako jsou termostaty, osvětlení, kamerové systémy nebo chytré telefony, komunikují bezdrátově a poskytují uživateli plnou kontrolu nad svým prostředím. Kromě toho se WiFi široce používá v průmyslu, logistice, zdravotnictví a mnoha dalších oblastech, kde zařízení IoT shromažďují a přenášejí data, která jsou nezbytná pro optimalizaci procesů a rozhodování.
WiFi hraje klíčovou roli v rozvoji ekosystému zařízení internetu věcí díky své dostupnosti, rychlosti a kompatibilitě. Tento standard se stal základem pro inteligentní domy, průmysl 4.0 a další inovativní řešení, která nám umožňují lépe kontrolovat naše životní prostředí a efektivněji využívat prostředky.
Bluetooth
Stejně rozšířeným komunikačním standardem IoT je také Bluetooth. Jedná se o bezdrátovou komunikační technologii krátkého dosahu, která umožňuje zařízením IoT vyměňovat si data na dálku prostřednictvím spojení point-to-point nebo point-to-multipoint. Historie technologie Bluetooth sahá až do 90. let 20. století. Společnost Ericsson uvedla tento standard na komerční trh v 70. letech 20. století. Zpočátku se používal hlavně pro bezdrátovou komunikaci mezi mobilními telefony a náhlavními soupravami.
Existuje mnoho důvodů, proč se Bluetooth v ekosystému IoT používá. Jedná se o komunikační standard s nízkou spotřebou energie, což je pro zařízení IoT, která jsou nízkou spotřebou energie z baterií, zásadní. Komunikace Bluetooth je navíc velmi univerzální a kompatibilní s různými zařízeními. Bluetooth navíc nabízí poměrně jednoduchou konfiguraci a párování zařízení, což uživatelům usnadňuje používání zařízení IoT.
Ve světě internetu věcí hraje Bluetooth důležitou roli při vytváření chytrých domácností, kde spolu na krátkou vzdálenost komunikují zařízení, jako jsou smartphony, reproduktory, elektronické zámky a mnoho dalších. Komunikace Bluetooth je jedním z hlavních komunikačních standardů v ekosystému zařízení IoT díky své nízké spotřebě energie, univerzálnosti a jednoduchosti konfigurace. Umožňuje vytvářet chytrá a integrovaná řešení IoT, která zlepšují uživatelský komfort, efektivitu a bezpečnost.
Mobilní telefonie
Mobilní rádiová komunikace je důležitým aspektem ekosystému zařízení internetu věcí. Jedná se o bezdrátovou komunikační technologii, která umožňuje zařízením IoT připojit se k síti prostřednictvím mobilních sítí, které pokrývají velkou část světa. Historie mobilní komunikace je plná inovací a převratných objevů a sahá až do 70. let 20. století, kdy se objevily první prototypy mobilních telefonů. Skutečný rozvoj této technologie však nastal v 80. a 90. letech 20. století, kdy standardy jako 2G, 3G, 4G a 5G poskytovaly stále rychlejší a spolehlivější komunikaci.
Využití mobilních sítí v IoT má mnoho výhod. Tyto sítě jsou téměř na celém světě dostupné a umožňují globální připojení zařízení IoT. Kromě toho standardy mobilní komunikace, jako jsou 4G a 5G, nabízejí mnohem vyšší rychlosti přenosu dat než mnohé jiné technologie, což je nezbytné pro zařízení, která vyžadují vysokorychlostní přenos dat, jako jsou například monitorovací kamery a autonomní automobily. Mobilní sítě jsou navíc škálovatelnější než mnohá jiná řešení, takže umožňují podporu velkého počtu zařízení IoT najednou.
V ekosystému zařízení IoT má mobilní komunikace velký význam, zejména pro mobilní zařízení, jako jsou smartphony a tablety, a také v odvětví logistiky a energetiky. Díky mobilním sítím je možné sledovat a ovládat zařízení na dálku, shromažďovat telemetrická data, přenášet důležité informace a mnoho dalších aplikací. Je také klíčovým prvkem pro rozvoj IoT v kontextu budoucích autonomních automobilů, chytrých měst a mnoha dalších inovativních oblastí.
Mobilní rádiové sítě jsou v ekosystému zařízení internetu věcí mimořádně důležitým standardem, který zajišťuje globální dostupnost, dostatečnou rychlost přenosu dat a škálovatelnost. Díky mobilním sítím je možné vytvářet pokročilejší a integrovanější řešení IoT, která ovlivní naše životy, podnikání i celou společnost.
LoRa
Komunikační standard LoRa (Long Range) využívají také konstruktéři zařízení internetu věcí (IoT), zejména pro zařízení, která vyžadují velký dosah a nízkou spotřebu energie. Jedná se o standard bezdrátové komunikace založený na modulaci rádiového signálu, který umožňuje komunikaci na velmi dlouhé vzdálenosti, dosahující až několika kilometrů, s minimální spotřebou energie.
Historie LoRa sahá do počátku XXI století, kdy francouzská společnost Cycleo vyvinula technologii modulace signálu, která se stala základem standardu LoRa. O něco později, v roce 2012, koupila společnost Semtech společnost Cycleo a zahájila projekt vývoje této technologie. Standard LoRa je otevřený, což znamená, že je k dispozici výrobcům a vývojářům, což přispělo k jeho rychlému rozvoji a implementaci v oblasti IoT.
Klíčovou výhodou LoRa je dosah, standard umožňuje komunikaci se zařízeními umístěnými v těžko dostupných oblastech, venkovských nebo městských oblastech s omezeným přístupem, pokrytí takových oblastí jinými sítěmi může být velmi obtížné. Kromě toho má LoRa nízkou spotřebu energie, takže zařízení IoT mohou na jednu baterii fungovat mnoho měsíců nebo dokonce let.
Komunikace LoRa hraje klíčovou roli v mnoha oblastech, jako je zemědělství, monitorování životního prostředí, vedení inteligentních budov a mnoho dalších. Díky svým výhodám umožňuje LoRa sběr dat z rozsáhlých oblastí, což umožňuje efektivnější řízení zdrojů a má pozitivní dopad na náš život, životní prostředí a ekonomiku.
Sigfox
Komunikace Sigfox je inovativní standard používaný ve světě zařízení internetu věcí, který vyniká specifickou architekturou a nízkou spotřebou energie. Jedná se o bezdrátovou technologii založenou na komunikačních sítích pracujících v nízkofrekvenčním pásmu, která umožňuje zařízením IoT efektivně a hospodárně komunikovat na velké vzdálenosti.
Historie společnosti Sigfox sahá až do roku 2010, kdy byla ve Francii založena stejnojmenná společnost. Od té doby se Sigfox stal jedním z lídrů v oblasti komunikace IoT. Jedním z hlavních inovativních prvků této technologie je hlavní síť založená na speciálně navržených branách. Odesílají data ze zařízení IoT do cloudu Sigfox, kde jsou data zpracována a zpřístupněna uživatelům.
Sigfox se vyznačuje nízkou spotřebou energie a nízkou dosahem. Díky tomu se tento standard používá pro zařízení na akumulátory, která se instalují zejména ve venkovských oblastech nebo v oblastech se špatným přístupem k tradičním mobilním sítím. Sigfox je univerzální standard, který je kompatibilní s různými typy zařízení IoT používaných v oblastech, jako je průmysl, lékařství, kontrola kvality ovzduší a mnoho dalších.
Zigbee
Zigbee je jednou z klíčových technologií používaných v ekosystému zařízení internetu věcí. Tento standard je bezdrátový komunikační protokol, který byl vyvinut speciálně pro zařízení IoT. Historie Zigbee sahá do počátku roku 2000, kdy Zigbee Alliance, organizace společností zabývajících se technologií internetu věcí, vyvinula první sadu specifikací Zigbee. Tento standard byl později založen na principech normy IEEE 802.15.4, která definuje fyzickou vrstvu a vrstvu přístupu k médiu. Specifické vlastnosti bezdrátové komunikace v rámci tohoto standardu však určuje sada protokolů Zigbee Alliance.
Zigbee má nízkou spotřebu energie, což je zásadní pro mnoho zařízení IoT, která často fungují na baterie nebo jiné mobilní zdroje energie. Kromě toho je tento standard škálovatelný a umožňuje vytvářet sítě různých velikostí, od jednoduchých domácích systémů až po velké průmyslové instalace. Za zmínku stojí také to, že Zigbee poskytuje zabezpečenou komunikaci, což je zásadní pro zařízení, která shromažďují a přenášejí citlivé údaje, jako jsou lékařské nebo bezpečnostní informace.
Zigbee se široce používá v různých oblastech IoT, jako jsou chytré domácnosti, průmysl 4.0, zdravotnictví a péče, ale také v systémech řízení osvětlení, kontroly teploty, monitorování zabezpečení a mnoha dalších oblastech. Jeho úlohou v hardwarovém ekosystému internetu věcí je efektivně komunikovat a spravovat velké množství zařízení a přispívat tak k inteligentnějším a integrovanějším řešením, která zlepšují náš život a průmyslové procesy.
Kabelová připojení v IoT
Jak není těžké pochopit, dosud popsané komunikační standardy umožňují bezdrátový přenos dat. Tento typ řešení se ve světě internetu věcí používá velmi často díky své pohodlnosti. Rozhraní, jako je WIFI nebo Zigbee, eliminují potřebu kabelových připojení, která mohou být nákladná, zejména pokud je hardware IoT implementován ve stávajících systémech. Je však třeba vědět, že sítě internetu věcí mohou být založeny na kabelovém připojení. Takové řešení může být v nově navrhovaných inteligentních systémech velmi atraktivní. Pokud je návrh smart home nebo výrobní linky v souladu s koncepcí průmyslu 4.0 založen na zařízeních IoT, nic nebrání tomu, aby se ve fázi návrhu uvažovalo o kabelovém propojení mezi zařízeními. Tato připojení mohou být založena na rozhraních Ethernet, RS-485, I2C, USB nebo SPI. Volba konkrétního typu závisí na předpokladech projektu a vzdálenosti mezi jednotkami. Tato rozhraní nejsou univerzální, ale poskytují bezpečné a robustní spojení mezi chytrými zařízeními.
Zdroje:
https://research.aimultiple.com/iot-communication-protocol/
Wired Communication Protocols In IoT
https://www.researchgate.net/profile/Kamal-Alieyan/publication/320614944_Internet_of_Things_IoT_Communication_Protocols_Review/links/59f06dfeaca272cdc7ca2a64/Internet-of-Things-IoT-Communication-Protocols-Review.pdf
https://www.techtarget.com/iotagenda/tip/Top-12-most-commonly-used-IoT-protocols-and-standards
9 Wireless communication protocols in IoT
https://iotdesignpro.com/articles/different-types-of-wireless-communication-protocols-for-iot
https://medium.com/blueeast/wireless-protocols-for-internet-of-things-7ed0bd860c66
https://be.farnell.com/iot-wireless-network-protocols
