Rozmowy między maszynami – standardy komunikacji w ekosystemie IoT

Czas czytania: 7 min.

Nie ulega wątpliwości, że współczesna era technologiczna przyniosła ze sobą rewolucję, której skutki stają się coraz bardziej widoczne w naszym codziennym życiu. Internet Rzeczy (IoT) to jedno z najważniejszych i zarazem najciekawszych osiągnięć tego postępu. W miarę jak technologia ewoluuje, coraz większa ilość urządzeń łączy się ze sobą, tworząc ogromną sieć, która przekształca sposób, w jaki żyjemy, pracujemy i komunikujemy się. Urządzenia, które kiedyś działały w izolacji, teraz współpracują i wymieniają informacje. Przykładem inteligentnych urządzeń w naszych domach mogą być termostaty, lodówki, czy też sterowniki rolet. Warto również wiedzieć, że sprzęty należące do grona IoT wykorzystywane są też w innych dziedzinach, takich jak przemysł, medycyna i rolnictwo. Czy tego chcemy, czy nie Internet Rzeczy staje się kluczowym elementem postępu technologicznego, którego wpływ odczuwamy na co dzień.

W samych tylko Stanach Zjednoczonych, liczba urządzeń IoT szacowana jest na dziesiątki miliardów, a liczba ta nieustannie rośnie. W miarę jak nasze telewizory, telefony, samochody, a nawet sprzęt gospodarstwa domowego stają się coraz bardziej zintegrowane, nasza codzienna rzeczywistość ewoluuje w kierunku inteligentnego ekosystemu, w którym komunikacja między urządzeniami odgrywa kluczową rolę.

W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej podstawowym standardom komunikacji w świecie Internetu Rzeczy. Dzięki lepszemu zrozumieniu tych standardów oraz rosnącego znaczenia komunikacji między urządzeniami, uzyskamy wgląd w nieustannie zmieniający się krajobraz technologiczny, który kształtuje naszą przyszłość.

Czym jest Internet Rzeczy?

Ilość informacji, która przesyłana jest codziennie przez urządzenia IoT jest wręcz niewyobrażalna.

Internet Rzeczy to fascynująca koncepcja, która przenosi nasze wyobrażenie o komunikacji między urządzeniami na zupełnie nowy poziom. W skrócie, IoT odnosi się do globalnej sieci fizycznych urządzeń, które są ze sobą połączone i mogą wymieniać między sobą dane, często bez konieczności ingerencji człowieka. Urządzenia te mogą obejmować szeroki zakres przedmiotów, od klasycznych smartfonów i komputerów osobistych po bardziej zaskakujące elementy naszego otoczenia, takie jak lodówki, lampy, samochody czy nawet maszyny przemysłowe. Istotą IoT jest umożliwienie tym urządzeniom komunikacji, dzięki czemu mogą one współpracować, dostarczać dane, analizować informacje i podejmować działania w sposób autonomiczny. To nowoczesne podejście do technologii ma potencjał nie tylko zrewolucjonizować naszą codzienną rutynę, ale także zmienić sposób, w jaki funkcjonuje cały świat.

Co może być urządzeniem IoT?

Zakres urządzeń mogących stać się integralną częścią Internetu Rzeczy jest niezwykle zróżnicowany i stale się poszerza wraz z postępem technologicznym. W dzisiejszych czasach, praktycznie każde urządzenie, które może być wyposażone w odpowiednie sensory, łączność internetową oraz zdolność do przetwarzania danych, może stać się częścią globalnej sieci IoT. Typowe przykłady obejmują urządzenia domowe, takie jak termostaty, oświetlenie czy telewizory, które dzięki swojej zdolności do komunikacji mogą dostarczać informacje o swoim stanie i być zdalnie sterowane. Przemysł również korzysta z IoT, wykorzystując inteligentne maszyny i czujniki, aby monitorować produkcję, stan techniczny oraz optymalizować procesy. Z kolei sektor opieki zdrowotnej wykorzystuje urządzenia IoT do monitorowania pacjentów i dostarczania danych medycznych profesjonalistom w czasie rzeczywistym. Nawet miasta stają się inteligentne, integrując systemy transportu, zarządzania odpadami czy monitorowania jakości powietrza. To tylko wierzchołek góry lodowej, ponieważ każde nowe pomysły i technologie mogą poszerzać ten zróżnicowany ekosystem urządzeń IoT.

Komunikacja w świecie Internetu Rzeczy

Niezależnie czym byłby sprzęt włączony do ekosystemu Internetu Rzeczy, kluczem do sukcesu jest sposób wysyłania i odbierania informacji. To właśnie dzięki temu urządzenia potrafią współpracować, reagować na otrzymane dane oraz wysyłać własne informacje. Sprzęty IoT pozbawione możliwości komunikacji będą po prostu martwe. Rola komunikacji w świecie Internetu Rzeczy jest naprawdę ogromna, dlatego warto poznać podstawowe standardy komunikacji wykorzystywane w tej niezwykłej dziedzinie technologii.  

WIFI

Komunikacja WiFi stanowi fundament dla współczesnych technologii IoT. Jest to zestaw protokołów i specyfikacji, które umożliwiają bezprzewodową wymianę danych między urządzeniami w sieci lokalnej. Historia WiFi sięga początku lat 90. XX wieku, kiedy to Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) rozpoczął prace nad standardem 802.11, który stanowi podstawę dla współczesnych sieci WiFi.

Chip ESP32, wykorzystywany niezwykle często do budowy sprzętów IoT opartych o WIFI.

Początkowo WiFi był używany głównie do zastępowania przewodów Ethernet, umożliwiając komunikację między komputerami w biurach i domach. Jednak z biegiem czasu technologia WiFi przeszła przez wiele ewolucji i stała się niezwykle ważnym elementem naszego codziennego życia. Dzięki rosnącym prędkościom transferu danych, WiFi umożliwiło nam przeglądanie internetu, strumieniowanie multimediów, prowadzenie wideokonferencji i korzystanie z urządzeń Internetu Rzeczy.

Dlaczego WiFi jest tak popularne w ekosystemie IoT? To zasługa kilku kluczowych czynników. Po pierwsze, WiFi jest szeroko dostępnekompatybilne z wieloma rodzajami urządzeń, co sprawia, że łatwo jest integrować nowe urządzenia IoT z istniejącymi już wcześniej sieciami. Po drugie, standard ten oferuje stosunkowo wysoką przepustowość danych, co jest istotne dla urządzeń wymagających szybkiej transmisji danych, takich jak kamery monitoringu czy sensory zbierające dane w czasie rzeczywistym. Ponadto, WiFi jest stosunkowo tanie w implementacji, co ułatwia masową produkcję urządzeń komercyjnych.

W kontekście Internetu Rzeczy, WiFi odgrywa kluczową rolę w tworzeniu inteligentnych domów, gdzie urządzenia takie jak termostaty, oświetlenie, kamera przemysłowa, czy smartfony komunikują się bezprzewodowo, zapewniając użytkownikowi pełną kontrolę nad swoim otoczeniem. Ponadto, WiFi jest szeroko wykorzystywane w przemyśle, logistyce, opiece zdrowotnej i wielu innych dziedzinach, gdzie urządzenia IoT zbierają i przesyłają dane, które są niezbędne do optymalizacji procesów i podejmowania decyzji.

WiFi odegrał kluczową rolę w rozwoju ekosystemu urządzeń Internetu Rzeczy dzięki swojej dostępności, prędkości i kompatybilności. Standard ten stał się fundamentem dla inteligentnych domów, przemysłu 4.0 i innych innowacyjnych rozwiązań, które umożliwiają nam lepszą kontrolę nad naszym otoczeniem i bardziej efektywne wykorzystanie zasobów.

Bluetooth

Niewielkie moduły umożliwiające komunikację poprzez Bluetooth.

Równie powszechnym standardem komunikacji IoT jest też Bluetooth. Jest to bezprzewodowa technologia komunikacji krótkiego zasięgu, która umożliwia urządzeniom IoT wymianę danych na odległość przez połączenia typu point-to-point lub point-to-multipoint. Historia Bluetooth sięga lat 90. XX wieku, kiedy to firma Ericsson wprowadziła ten standard na rynek komercyjny. Początkowo był on używany głównie do bezprzewodowej komunikacji między telefonami komórkowymi i zestawami słuchawkowymi.

Istnieje wiele powodów, dla których Bluetooth wykorzystywane jest w ekosystemie IoT. Jest to standard komunikacji o niskim zużyciu energii, co jest kluczowe w przypadku urządzeń IoT, które działają na baterii. Poza tym komunikacja Bluetooth jest bardzo wszechstronna i kompatybilna z różnymi urządzeniami. Dodatkowo Bluetooth oferuje stosunkowo prostą konfigurację i parowanie urządzeń, co ułatwia użytkownikom korzystanie z urządzeń IoT.

W świecie Internetu Rzeczy, Bluetooth odgrywa istotną rolę w tworzeniu smart domów, gdzie urządzenia takie jak smartfony, głośniki, zamki elektroniczne i wiele innych komunikuje się ze sobą na niewielkich odległościach. Komunikacja Bluetooth jest jednym z podstawowych standardów komunikacji w ekosystemie urządzeń IoT, dzięki swojej niskiej konsumpcji energii, wszechstronności i prostocie konfiguracji. Pozwala na tworzenie inteligentnych i zintegrowanych rozwiązań IoT, które poprawiają komfort życia, efektywność i bezpieczeństwo użytkowników.

Telefonia komórkowa

Radiowa komunikacja komórkowa stanowi istotny aspekt ekosystemu urządzeń Internetu Rzeczy. To technologia bezprzewodowej komunikacji, która umożliwia urządzeniom IoT połączenie się z siecią poprzez sieci komórkowe, które pokrywają znaczną część świata. Historia komunikacji komórkowej jest pełna innowacji i przełomów, sięgając lat 70. XX wieku, kiedy to pojawiły się pierwsze prototypy telefonów komórkowych. Jednak prawdziwy rozwój tej technologii nastąpił w latach 80. i 90., a standardy, takie jak 2G, 3G, 4G i 5G, zapewniły coraz szybszą i bardziej niezawodną komunikację.

Korzystanie z sieci komórkowych w IoT ma wiele zalet. Tego typu sieci są niemal powszechnie dostępne na całym świecie, co umożliwia globalne połączenia dla urządzeń IoT. Dodatkowo standardy komunikacji komórkowej, takie jak 4G i 5G, oferują znacznie wyższe prędkości transferu danych niż wiele innych technologii, co jest niezbędne w przypadku urządzeń wymagających szybkiego przesyłania danych, takich jak kamery monitoringu czy samochody autonomiczne. Poza tym sieci komórkowe są bardziej skalowalne niż wiele innych rozwiązań, co pozwala obsługiwać duże ilości urządzeń IoT na raz.

W ekosystemie urządzeń IoT komunikacja komórkowa ma ogromne znaczenie, zwłaszcza w przypadku urządzeń mobilnych, takich jak smartfony, tablety, a także w sektorach logistyki i energetyki. Dzięki sieciom komórkowym możliwe jest monitorowanie i kontrolowanie urządzeń na odległość, zbieranie danych telemetrycznych, przesyłanie ważnych informacji oraz wiele innych zastosowań. Jest to również kluczowy element dla rozwoju IoT w kontekście przyszłości samochodów autonomicznych, inteligentnych miast i wielu innych innowacyjnych dziedzin.

Radiowe sieci komórkowe są niezwykle istotnym standardem w ekosystemie urządzeń IoT, zapewniając globalną dostępność, zadowalającą prędkość przesyłu danych i skalowalność. Dzięki sieciom komórkowym możliwe jest tworzenie bardziej zaawansowanych i zintegrowanych rozwiązań IoT, które wpływają na nasze życie, biznesy i społeczeństwo jako całość.

LoRa

Standard komunikacji LoRa (Long Range) również wykorzystywany jest przez projektantów urządzeń Internetu Rzeczy (IoT), szczególnie w przypadku sprzętów, które wymagają dużego zasięguniskiego zużycia energii. Jest to bezprzewodowy standard komunikacji oparty na modulacji sygnału radiofonicznego, który umożliwia komunikację na bardzo duże odległości, sięgając nawet kilku kilometrów, przy minimalnym zużyciu energii.

Moduły Ai-Thinker do komunikacji LoRa.

Historia LoRa sięga początku XXI wieku, kiedy to francuska firma Cycleo opracowała technologię modulacji sygnału, która stała się podstawą standardu LoRa. Nieco później, bo w 2012 roku, przedsiębiorstwo Semtech zakupiło Cycleo i rozpoczęło projekt, którego celem było rozwinięcie tej technologii. Standard LoRa ma charakter otwarty, co oznacza, że jest dostępny dla producentów i deweloperów, co przyczyniło się do jego szybkiego rozwoju i implementacji w dziedzinie IoT.

Kluczową zaletą LoRa jest zasięg, standard ten umożliwia komunikację z urządzeniami umieszczonymi w trudno dostępnych miejscach, na obszarach wiejskich czy w obszarach miejskich o ograniczonym dostępie, pokrycie tego typu obszarów przez inne sieci może być niezwykle trudne. Poza tym LoRa charakteryzuje się niskim poborem energii, co pozwala na pracę urządzeń IoT przez wiele miesięcy lub nawet lat na jednej baterii.

Komunikacja LoRa odgrywa kluczową rolę w wielu dziedzinach, takich jak rolnictwo, monitorowanie środowiska, zarządzanie inteligentnymi budynkami i wiele innych. Dzięki swoim zaletom LoRa umożliwia zbieranie danych z rozległych obszarów, umożliwiając bardziej efektywne zarządzanie zasobami i wpływając pozytywnie na nasze życie, środowisko i gospodarkę.

Sigfox

Komunikacja Sigfox to innowacyjny standard wykorzystywany w świecie urządzeń Internetu Rzeczy, który wyróżnia się swoją specyficzną architekturąniskim zużyciem energii. Jest to bezprzewodowa technologia oparta na sieciach komunikacyjnych działających na niskim pasmie częstotliwości, co umożliwia urządzeniom IoT efektywną i ekonomiczną komunikację na duże odległości.

Historia Sigfox sięga 2010 roku, kiedy to we Francji powstaje firma o tej samej nazwie. Od tego czasu Sigfox stało się jednym z liderów w dziedzinie komunikacji IoT. Jednym z głównych innowacyjnych elementów tej technologii jest sieć bazowa, oparta na specjalnie zaprojektowanych bramkach. Przesyłają one dane z urządzeń IoT do chmury Sigfox, gdzie te są przetwarzane i udostępniane użytkownikom.

Cechą charakterystyczną Sigfox jest niskie zużycie energii oraz zasięg. Dzięki temu standard ten wykorzystywany jest w urządzeniach zasilanych akumulatorem, montowanych zwłaszcza na obszarach wiejskich czy w obszarach o słabym dostępie do tradycyjnych sieci komórkowych. Sigfox jest uniwersalnym standardem, kompatybilny z różnymi rodzajami urządzeń IoT wykorzystywanym w dziedzinach takich jak, przemysł, medycyna kontrola jakości powietrza i wiele innych.

Zigbee

Zigbee to jedna z kluczowych technologii wykorzystywanych w ekosystemie urządzeń Internetu Rzeczy. Standard ten jest bezprzewodowym protokołem komunikacyjnym, który powstał specjalnie z myślą o urządzeniach IoT. Historia Zigbee sięga początku XXI wieku, kiedy to Zigbee Alliance, organizacja zrzeszająca firmy zajmujące się technologią Internetu Rzeczy, opracowała pierwszy zestaw specyfikacji Zigbee. Standard ten w późniejszym czasie oparto na zasadach IEEE 802.15.4, które określają warstwę fizyczną oraz warstwę dostępu do medium. Jednak to właśnie zestaw protokołów Zigbee Alliance nadaje specyficzne cechy komunikacji bezprzewodowej w ramach tego standardu.

Zigbee charakteryzuje się niskim poborem energii, co jest kluczowe w przypadku wielu urządzeń IoT, które często działają na bateriach lub innych mobilnych źródłach zasilania. Dodatkowo standard ten jest skalowalny i umożliwia tworzenie sieci o rozmaitym rozmiarze, od prostych domowych systemów do dużych przemysłowych instalacji. Warto również wspomnieć, że Zigbee zapewnia bezpieczną komunikację, co jest kluczowe w przypadku urządzeń, które zbierają i przesyłają wrażliwe dane, takie jak dane medyczne czy informacje o bezpieczeństwie.

Zigbee jest szeroko stosowane w różnych obszarach IoT, takich jak inteligentne domy, przemysł 4.0, zdrowie i opieka, a także w systemach zarządzania oświetleniem, kontrolowaniu temperatury, monitorowaniu bezpieczeństwa oraz wielu innych dziedzinach. Jego rola w ekosystemie sprzętów Internetu Rzeczy polega na efektywnej komunikacji i zarządzanie dużą liczbą urządzeń, co przyczynia się do tworzenia bardziej inteligentnych i zintegrowanych rozwiązań, które usprawniają nasze życie i procesy przemysłowe.

Połączenia przewodowe w IoT

Jak nietrudno zauważyć opisane do tej pory standardy komunikacji umożliwiają przesyłanie danych bezprzewodowo. Tego typu rozwiązanie jest niezwykle często wykorzystywane w świecie Internetu Rzeczy, dzięki swojej wygodzie. Interfejsy takie jak WIFI czy Zigbee eliminują potrzebę prowadzenia połączeń przewodowych, które potrafią być kosztowne, zwłaszcza gdy sprzęty IoT implementowane są w istniejących już systemach. Warto jednak wiedzieć, że sieci Internetu Rzeczy mogą być oparte na połączeniach przewodowych. Takie rozwiązanie może być niezwykle atrakcyjne w nowo projektowanych inteligentnych systemach. Jeśli projekt smart domu lub linii produkcyjnej zgodnej z koncepcją przemysłu 4.0 oparty jest na sprzętach IoT, to nic nie stoi na przeszkodzie, aby już na etapie projektowania rozważyć przewodowe połączenia między urządzeniami. Tego typu połączenia mogą być oparte na interfejsie Ethernet, RS-485, I2C, USB czy też SPI. Wybór konkretnego typu zależy od założeń projektu oraz odległości między urządzeniami. Interfejsy te nie są uniwersalne, ale zapewniają bezpiecznesolidne połączenie między inteligentnymi urządzeniami.

Źródła:

https://research.aimultiple.com/iot-communication-protocol/

www.pianalytix.com/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

www.pianalytix.com/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

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 4.2 / 5. Liczba głosów: 23

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Rafał Bartoszak

Rafał Bartoszak

Współpracujący z Botlandem elektronik, który dzieli się swoją wiedzą w  internecie. Entuzjasta systemów cyfrowych, układów programowalnych i mikroelektroniki. Pasjonat historii, ze szczególnym naciskiem na wiek XX.

Zobacz więcej:

Witold Krieser

Robotyka – symulacje

Celem artykułu jest przedstawienie w jaki sposób można usprawnić sobie pracę w zrobotyzowanym przedsiębiorstwie. Dzisiejszy rozwój oprogramowania pozwala na symulację procesu przed jego fizycznym wdrożeniem, dzięki czemu unika się błędów, niewłaściwego doboru sprzętu oraz daje gwarancję, że układ w przyszłości będzie działał niezawodnie.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest korzystanie z usługi Google reCAPTCHA, która podlega Polityce Prywatności oraz Warunkom użytkowania.