Didelės spartos duomenys, įmonių tinklai ir pramoninės daiktų interneto programos išnaudoja visas lankstumo ir ilgaamžiškumo formas, skatindamos nuolatinį belaidžio ryšio technologijų vystymąsi. Nors dauguma diskusijų apie daiktų internetą (IoT) apsiriboja naujais komerciniais įrenginiais ir taikomosiomis programomis, šios naujos technologijos bangos esmė yra sujungti jutiklius, pavaras ir valdymo sistemas internetu. Ši tendencija taikoma vartotojų, komercinėms, įmonių ir pramonės sistemoms. Dažnai valdymas/sąsaja ir komunikacija atliekama naudojant specialias sistemas, be tipiško interneto technologijų prieinamumo ar atviros bendruomenės plėtros. Pagrindinė šios funkcijos naudojimo technologija yra RF ryšys, daugiausia per RF perdavimo liniją arba belaidį ryšį. Šio darbo tikslas - aptarti RF ryšio technologijos universalumą ir detales taikant daiktų internetą.
IoT Sistemos Sudėtinės Dalys ir RF Ryšio Vaidmuo
Daiktų interneto sistema, siekiant efektyvios veiklos, apima kelis pagrindinius komponentus:
- Išorinė įranga: Tai jutikliai, pavaros ir valdikliai, kurie yra tiesiogiai sąveikoje su fiziniu pasauliu. Jutikliai renka informaciją apie aplinką (pvz., temperatūrą, drėgmę, judesį), o pavaros atlieka veiksmus pagal gautus komandas (pvz., atidaro duris, įjungia variklį). Valdikliai koordinuoja šių įrenginių darbą. Šie įrenginiai dažnai įrengiami sunkiai pasiekiamose ar kritinėse vietose, todėl patikimas ir lankstus ryšys yra gyvybiškai svarbus.
- Įrangos techninė įranga: Čia svarbiausia dalis yra ryšio modulis, kuris yra atsakingas už duomenų perdavimą tarp išorinės įrangos ir likusios tinklo infrastruktūros. Šis modulis palaiko RF ryšio protokolus.
- Įrenginio programinė įranga: Programinė įranga, veikianti pačiame įrenginyje, valdo jutiklių duomenų rinkimą, pavarų veikimą ir komunikaciją per ryšio modulį.
- Ryšių sistema: Tai plati infrastruktūra, apimanti tolimojo tinklo infrastruktūrą (pvz., mobilieji tinklai, palydovinis ryšys), patalpų tinklo infrastruktūrą (pvz., Wi-Fi, Ethernet) ir bevielį ryšį. Būtent belaidis ryšys, paremtas RF technologija, suteikia didžiausią lankstumą IoT sprendimuose.
- Programinės įrangos platforma: Tai centrinė sistema, kuri renka, apdoroja ir analizuoja duomenis iš daugybės IoT įrenginių. Ji suteikia galimybę valdyti, stebėti ir kontroliuoti visą sistemą.
- Tinklo / mobiliosios programos: Vartotojo sąsajos, leidžiančios žmonėms sąveikauti su IoT sistema per kompiuterius, planšetinius kompiuterius ar išmaniuosius telefonus.
- Įmonės sistema: Integracija su esamomis verslo informacinėmis sistemomis (pvz., ERP, CRM), siekiant automatizuoti procesus ir gauti išsamią informaciją apie veiklą.
RF Energijos Panaudojimas Radijo Dažnių Spektre
Taikant daiktų internetą, yra du pagrindiniai elektromagnetinės energijos panaudojimo radijo dažnių spektro dalyje būdai. Kadangi daiktų interneto taikymas dažniausiai naudoja RF energiją žemesniais nei 6 GHz dažniais, RF ryšio būdai apima perdavimo linijas, vienpusius, dvipusius ir belaidžius tinklus.
RF perdavimo linijos: Įprasti daiktų interneto radijo dažnių perdavimo linijų tipai apima RF bendraašius kabelius ir jungtis (kabelių rinkinius) ir juostinius kabelius (mikrojuosteles). Paprastai juostos perdavimo linijos naudojamos įrangos korpusams ir spausdintinėms plokštėms, kad RF bendraašių kabelių komponentai būtų efektyvesni aparatinės įrangos moduliuose ir specialiose jungčių sąsajose.
RF bendraašių kabelių rinkiniai dažnai naudojami teikti nuolatinės srovės maitinimo ir ryšio sprendimus nuotoliniams daiktų interneto išoriniams įrenginiams, nes bendraašis kabelis gali atlaikyti mažos galios ir vidutinės galios apkrovas, kad būtų pasiektas didelio pralaidumo signalo ryšys. RD koaksialinių komponentų ekranavimo charakteristikos padeda išvengti trukdžių signalų įsiskverbimo, taip pat apsaugo nuo saugumo grėsmių, būdingų kitoms didelės spartos signalų technologijoms (pvz., Ethernet), nutekėjimo. Kadangi RF bendraašių kabelių rinkiniai naudojami ekstremaliose srityse, pavyzdžiui, karinėje ir kosminėje erdvėje, beveik visos programos gali pasirinkti šią sertifikuotą tvirtą jungtį.
Belaidis radijo dažnio ryšys: Tai dar vienas pagrindinis radijo dažnių technologijos ir daiktų interneto panaudojimo būdas, įgyvendinantis daugybę daiktų interneto programų. Priešingu atveju šios programos neįmanomos, jei naudojamos perdavimo linijos ar kitos laidinės jungtys. Belaidis RF ryšys leidžia daiktų interneto įrenginius ir sistemas įdėti į mobiliąsias programas, modulines sistemas ir erdvę, kitaip laidinis ryšys sukeltų sąnaudų, sudėtingumo ar veikimo iššūkių. Belaidžio ryšio sistemos remiasi įvairiais unikaliais belaidžio ryšio standartais.
RF ryšio technologija gali užtikrinti aukštos kokybės signalo perdavimą, anti-interferenciją arba labai lankstų, mažos galios ir mobilųjį veikimą, priklausomai nuo to, ar ji naudoja RF perdavimo linijas, ar belaidžio ryšio sistemas. Išoriniai daiktų interneto įrenginiai, ypač jutikliai, vykdymo įtaisai ir valdikliai, dažniausiai įrengiami svarbiausiose vietose, kur gaunama informacija ar atliekamos funkcijos, arba šalia jų. Daugėja daiktų interneto periferinių įrenginių, kurie gali apimti temperatūros/drėgmės ar kitos aplinkos informacijos jutimą, durų spynų ar apsaugos prieigos aktyvavimą, variklių valdymą ar priedų maitinimo tiekimą. Ateityje gali būti daugiau programų. Kiekvienu atveju jutiklių informacijos ir valdymo signalų tikslumas yra labai svarbus ateityje naudojant daiktų internetą. Elektrifikuojantis ir klestėjant elektroninėms sistemoms, didėja elektros trukdžių grėsmė.
Radijo Spektras ir Jo Valdymas
Belaidžiu ryšiu viešaisiais arba privačiais tinklais informacijai perduoti naudojamas radijo spektras, t. y. radijo bangų diapazonas. Toks bendravimas gali būti tarp žmonių, žmonių ir mašinų ar sistemų („dalykai“ bendresnio pobūdžio) arba tarp daiktų. Šiomis aplinkybėmis radijo spektras taip pat yra labai svarbus sudarant sąlygas ir skatinant saugias, novatoriškas ir veiksmingas sistemas, be kita ko, transporto, energetikos, visuomenės saugos, aplinkos apsaugos ir žiedinės ekonomikos sistemoms.
Radijo spektras yra elektromagnetinio spektro dalis, kurios dažniai yra nuo 30 Hz iki 300 GHz. Elektromagnetinės bangos šiame dažnių diapazone, vadinamos radijo bangomis, yra plačiai naudojamos šiuolaikinėse technologijose, ypač telekomunikacijose. Visuotinai žinomos technologijos, kuriose naudojamas radijo spektras, yra belaidžio plačiajuosčio ryšio korinio ryšio technologijos (pvz., pagrįstos 4-osios ar penktosios kartos technologijos standartu) ir „WiFi“ sistemos.
Radijo spektro priskyrimas naudotojams (t. y. judriojo ryšio operatoriams, transliuotojams ir t. t.) yra kruopštus procesas. ES valstybės narės valdo radijo spektrą laikydamosi ES lygmens teisės aktų ir tarptautinių susitarimų. Komisija kartu su valstybėmis narėmis plėtoja ES masto spektro politiką ir koordinuoja derinimą bei įgyvendinimą, siekdama remti novatoriškų produktų ir paslaugų bendrąją rinką, taip pat mažinti žalingųjų trukdžių tarp technologijų ir naudotojų riziką. Valstybės narės koordinuoja šio svarbaus išteklių naudojimą įgyvendindamos Komisijos sprendimus nacionaliniu lygmeniu. Šie sprendimai yra svarbios priemonės, kuriomis sudaromos sąlygos iš tiesų suderintam spektro paskirstymui visoje ES. Valstybių narių valdžios institucijos toliau organizuoja ir valdo radijo spektro skyrimo ir leidimų suteikimo nacionaliniu lygmeniu tvarką.
Praktiniai Bevielio Identifikavimo Radijo Ryšio Taikymai
Pažangi Ilgalaikio Turto Apskaitos Sistema: Lietuvos technologijų bendrovė „Raso“ įdiegė radijo dažniu paremtą pažangią ilgalaikio turto apskaitos sistemą LR Seime. Sistema skaitmenizavo apie 30 tūkst. turtų vienetų, o į jos įrangą, programą bei diegimą investuota beveik 33 tūkst. eurų. „Turto inventorizacija kiekvienais metais pareikalauja daug brangaus organizacijų ir įmonių darbo laiko. Turint daug ilgalaikio turto ar prekių likučių, procesas gali užtrukti net kelias savaites, tam prireikia kelių žmonių komandos. Jau kurį laiką stebime augantį susidomėjimą inventorizacijos skaitmeninimo sprendimais iš valstybės institucijų ir verslo“, - sako Vitalijus Garbauskas, UAB „Raso“ direktorius. Seimo inventorizacijos sprendimas naudoja plačiai taikomą bevielio radijo dažnio identifikavimo (angl. Radio Frequency Identification RFID) technologiją. Apskaitai naudojami duomenų kaupikliai - mobilaus telefono dydžio pramoniniai kompiuteriai, turintys integruotas RFID antenas. Surinkti duomenys saugomi programinėje įrangoje, skirtoje turto valdymui. „Programinė įranga skaitmenizuoja turto duomenis, suteikia galimybę gauti visapusišką savo turto apžvalgą, turtą filtruoti skirtingais pjūviais, analizuoti ir teikti ataskaitas. Seime naudojami JAV gamintojo „Honeywell“ duomenų kaupikliai, jie taip pat turi integruotas vaizdo kameras, todėl inventorizacijos metu bus galima iškart padaryti turto nuotraukas, taip pat žymėti pastabas, pavyzdžiui, apie sugadintą ar pažeistą turtą. Visa ši papildoma informacija bus saugoma programoje kartu su pagrindine informacija apie turtą. RFID technologija jau naudojama daugelyje sričių, žymos integruojamos į asmens dokumentus ir mokėjimo korteles. „Vienas didžiausių šios sistemos privalumų, jog nebereikia ranka skenuoti ant įrangos užklijuotų inventorizacijos kodų ar etikečių - tą automatiškai padaro duomenų kaupiklis per nuotolį. Užtenka pasivaikščioti po sandėlį ar patalpą, kurioje laikomas turtas, ir duomenų kaupiklis automatiškai surenka ten esančio turto informaciją. Sutikrinti reikia tik jei kažko trūksta, sistema tai parodo“, - pasakoja V. Garbauskas. Eksperto teigimu, RFID žymenys - ilgalaikiai. M. Ilaš pabrėžia, jog RFID technologija paremtas inventorizacijos automatizavimas diegiamas ir kitose šalyse. Jau veikiantys pavyzdžiai rodo, kad tokie sprendimai 2-3 kartus pagreitina inventorizacijos procesą ir atitinkamai leidžia sutaupyti išlaidas personalui. „Panašų sprendimą pritaikėme laboratorinės diagnostikos įmonei „Unilabs Slovakia“, veikiančiai 14-oje šalių. Įmonė turi apie 30 tūkst. vienetų inventorizuojamo turto, kuris laikomas 60-yje skirtingų vietų. Prieš automatizuojant procesą, visas skyrius darbuotojų rūpinosi inventorizacija, o dabar pakanka vos dviejų darbuotojų. Jiems inventorizacijos laikas sutrumpėjo perpus“, - pasakoja M.
RFID technologijos paaiškinimas
Transporto Saugumas ir Greitoji Pagalba: Technologija, dabar tikrinama „Portsmute“ (Portsmouth), galėtų būti panaudota ir tada, kai pacientas neišgeria vaistų. „Ofcom“ pranešime rašoma ir tai, kad GPS pozicionavimo ir trumpos aprėpties bevielio ryšio technologija galėtų „padaryti perversmą mūsų kelionėse ir jų saugume“. Sumaniosios transporto sistemos, kurios kuriamos automobilių gamintojų, leidžia automobiliams bendrauti tarpusavyje ir siųsti perspėjimus apie staigų stabdymą. Įvykus susidūrimui, automobilio sistemos galėtų automatiškai iškviesti gelbėjimo tarnybas. Įvykio vieton vykstantys gelbėtojai turėtų nedidelį kompiuterį, kuris nuskaitytų informaciją iš vairuotojo nešiojamos identifikavimo apyrankės, įmontuotos į laikrodį. Europos Komisija svarsto galimybę leisti naudoti „e-Call“ automatinį pagalbos kvietimo įrenginį, kuris galėtų pasirodyti iki 2011-ųjų. Tyrimas nustatė, kad ši technologija galėtų pagalbos tarnybų atvykimo laiką sutrumpinti dešimčia minučių ir 15 procentų sumažinti mirtinų atvejų skaičių.
Maisto Saugumas ir Alergenų Valdymas: Belaidžio ryšio technologijos leistų maisto prekėms turėti mikrolustus, kuriuose būtų informacija apie jų sudėties. Taip būtų galima įspėti, tarkim, alergiškus riešutams žmones apie jų netyčia pasirinktą produktą, kuriame gali būti riešutų.
Mėgėjų Radijas - Technologijų Laboratorija ir Bendruomenė
Nors straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama daiktų internetui, svarbu paminėti ir plačiąją radijo ryšio technologijos taikymo sritį, įskaitant mėgėjų radijo pasaulį. Kai pirmą kartą girdite keistus garsus, sklindančius iš seno radijo imtuvo, kuriuos lydi trumpi pokalbiai tarp nepažįstamų žmonių, greičiausiai susidūrėte su mėgėjų radijo pasauliu. Šis hobis, kuris atsirado dar XX amžiaus pradžioje, ir šiandien traukia tūkstančius entuziastų visame pasaulyje. Mėgėjų radijas - tai ne tik hobis, bet ir tikra technologijų laboratorija namuose. Skirtingai nuo komercinio radijo, kur klausotės muzikos ar naujienų, čia patys tampate transliuotoju. Techniškai tai veikia panašiai kaip bet kuris radijo ryšys - elektromagnetinės bangos keliauja erdve ir yra gaunamos kitų stočių. Tačiau mėgėjų radijas naudoja specialiai tam skirtus dažnių ruožus, kuriuos tarptautinės organizacijos paskyrė būtent šiam tikslui. Kad galėtumėte teisėtai naudotis mėgėjų radijo stotimi, reikia išlaikyti egzaminą ir gauti licenciją.
Mėgėjų radijo istorija prasidėjo beveik tuo pačiu metu, kai Marconi atliko pirmuosius bevielio ryšio eksperimentus. Pirmieji mėgėjų siųstuvai buvo primityvūs kibirkštiniai įrenginiai, kurie skleidė plačiajuosčius trukdžius. Tačiau jau 1920-aisiais atsirado elektroninių lempų technologija, leidusi kurti daug tikslesnės ir galingesnės įrangos. Antrojo pasaulinio karo metu daugelis mėgėjų radijo operatorių tapo profesionaliais ryšininkais, o jų technikos žinios labai pravertė kariuomenėje.
Mėgėjų radijas veikia keliuose dažnių ruožuose, kiekvienas su savomis charakteristikomis. Žemieji dažniai (160-10 metrų ruožai) leidžia palaikyti ryšį su tolimais kontinentais, ypač naktį, kai jonosfera geriau atspindi radijo bangas. Įdomiausia yra tai, kaip radijo bangos keičia savo sklidimo savybes priklausomai nuo paros laiko, metų sezono ir saulės aktyvumo. Saulės dėmių ciklai stipriai paveiks aukštesnių dažnių sklidimą. Pradedančiajam mėgėjui pakaks paprastos VHF/UHF radijo stoties, kainuojančios 100-200 eurų. Tokia įranga leis prisijungti prie vietinių repeaterių ir dalyvauti bendruomenės veikloje. Norint eksperimentuoti su tolimojo ryšio (DX) veikla, reikės HF ruožų siųstuvo-imtuvo. Čia kainos svyruoja nuo 500 eurų už naudotą įrangą iki kelių tūkstančių už naują profesionalų transceiver’į. Antenos - tai atskira mokslo šaka. Galite nusipirkti gamyklinę anteną arba pasigaminti patys.
Šiuolaikinė mėgėjų radijo įranga dažnai integruoja kompiuterinius sprendimus. Nors daugelis žmonių mėgėjų radijo asocijuoja su senovišku analoginiu ryšiu, realybė visai kitokia. FT8 režimas, atsiradęs prieš keletą metų, revoliucionizavo silpnų signalų ryšį. Šis režimas gali gaudyti signalus, kurie yra 20 dB žemiau triukšmo lygio - tai reiškia, kad galite palaikyti ryšį net tada, kai ausimi nieko negirdite. PSK31, RTTY, JT65 - tai tik keletas iš dešimčių skaitmeninių režimų, kiekvienas su savomis stiprybėmis. Packet radio technologija leidžia siųsti duomenis per radijo bangas, sukuriant savotišką „internetą” be infrastruktūros.
Vienas iš įspūdingiausių mėgėjų radijo aspektų - galimybė naudotis palydovais. Tarptautinėje kosminėje stotyje įrengta mėgėjų radijo stotis, ir astronautai laisvalaikiu bendrauja su žemės mėgėjais. AMSAT organizacija palaiko kelis mėgėjų palydovus, kurie veikia kaip kosmose esantys repeateriai. Signalą siunčiate vienu dažniu, o palydovas jį perduoda kitu. Palydoviniam ryšiui nereikia labai sudėtingos įrangos. Pakanka paprastos VHF/UHF stoties ir kryptinės antenos, kurią galima pasigaminti iš kelių metrų vielos ir medinio karkaso. Kai kurie mėgėjai specializuojasi EME (Earth-Moon-Earth) ryšyje - signalai atsispindi nuo Mėnulio paviršiaus ir grįžta atgal į Žemę.
Mėgėjų radijas ne tik hobis - tai ir svarbi visuomenės tarnavimo veikla. Lietuvoje veikia LRMD (Lietuvos radijo mėgėjų draugija), kuri koordinuoja veiklą ekstremaliose situacijose. Mėgėjai reguliariai dalyvauja pratybose su ugniagesiais, medikais ir kitomis tarnybomis. Amerikoje mėgėjų radijo operatoriai reguliariai padeda per uraganų, potvynių ar žemės drebėjimų padarinių likvidavimą. Techniškai mėgėjų radijo pranašumas ekstremaliose situacijose - nepriklausomybė nuo centralizuotos infrastruktūros. Kol veikia akumuliatorius ir antena, ryšys veiks.
Mėgėjų radijo bendruomenė visada buvo technologijų pionierė, ir šiandien situacija nepasikeitė. Viena iš perspektyviausių krypčių - Software Defined Radio integracija su dirbtinio intelekto algoritmais. Internet of Things koncepcija taip pat randa pritaikymą mėgėjų radijai. LoRa technologija leidžia kurti mažos galios tinklus, kurie gali veikti dešimtis kilometrų. Kvantinės technologijos, nors dar labai ankstyvoje stadijoje, jau dabar domina pažangiausius mėgėjus. Dirbtinių palydovų technologijos taip pat sparčiai plėtojasi. CubeSat formato palydovai tapo prieinami net universitetams ir mėgėjų grupėms. Mėgėjų radijas šiandien - tai unikalus technologijų ir bendruomenės derinys, kuris išlieka aktualus net mūsų pasaulyje. Čia galite eksperimentuoti su naujausiais sprendimais, bendrauti su panašiai mąstančiais žmonėmis visame pasaulyje ir prisidėti prie visuomenės gerovės. Technologijos keičiasi, bet pagrindinis principas išlieka tas pats - radijo bangos jungia žmones nepaisant atstumų ir sienų.
Trumpojo Nuotolio Bevielio Ryšio Technologijos
Trumpojo nuotolio bevielio ryšio technologijos taikymas spartėja ir tampa vis brandesnis. Bendrąja prasme, kol tiek ryšio siuntėjas, tiek imtuvas perduoda informaciją radijo bangomis, o perdavimo atstumas yra ribojamas mažu atstumu (keliasdešimt metrų), tai galima vadinti trumpojo nuotolio belaidžiu ryšiu. Šiuo metu matytos mažo nuotolio belaidės technologijos turi savo ypatybes arba specialius reikalavimus, pagrįstus perdavimo greičiu, atstumu ir energijos sąnaudomis; arba sutelkti dėmesį į funkcijų mastelį; arba atitinka specialius tam tikrų pavienių programų reikalavimus; arba nustatant konkuruojančių technologijų diferenciaciją, tačiau nė viena technologija negali būti pakankamai tobula, kad patenkintų visus poreikius.
- „Bluetooth“ technologija: Mažo nuotolio belaidžio ryšio technologija, sulaukusi plataus pramonės dėmesio. Tai atvira pasaulinė belaidžio duomenų ir balso ryšio specifikacija. Jis pagrįstas pigia trumpojo nuotolio belaidžiu ryšiu ir gali teikti pigių prieigos paslaugų fiksuotojo ar mobiliojo ryšio galiniams įrenginiams. Jo perdavimo dažnių juosta yra 2,4 GHz ISM dažnių juosta, užtikrinant 1Mbps perdavimo greitį ir 10m perdavimo atstumą. Didžiausia kliūtis yra per brangi mikroschemų kaina, silpnos anti-trukdžių galimybės ir per mažas perdavimo atstumas.
- „Wi-Fi“ technologija: Belaidis „Ethernet“ plėtinys. Efektyvus perdavimo atstumas yra mažesnis nei lauke, o signalą gali blokuoti pastatai. Ateityje potencialiausios WLAN programos daugiausia bus naudojamos SOHO, namų belaidžiuose tinkluose ir pastatuose ar vietose, kur nepatogu montuoti kabelius.
- „IrDA“ technologija: Naudojama infraraudonųjų spindulių ryšiui palaikyti ryšį tarp taškų ir taškų. Pagrindinis pranašumas yra tai, kad nereikia kreiptis dėl teisės naudotis dažniu, todėl infraraudonųjų spindulių ryšio kaina yra maža. Taip pat jis pasižymi mažu dydžiu, mažu energijos suvartojimu, patogiu ryšiu ir lengvu naudojimu. Tačiau „IrDA“ yra regėjimo linijos perdavimas ir negali būti naudojama ryšiui tarp kelių įrenginių.
- NFC technologija: Panaši į RFID, naudoja dvipusį identifikavimą ir ryšį. Dirba 13,56 MHz dažnių diapazone 20 cm atstumu. NFC sąveika labai supaprastina identifikavimo procesą, o abipusė elektroninių prietaisų prieiga tampa tiesiogine, saugesne ir aiškesne.
- „ZigBee“ technologija: Dažniausiai naudojamas tarp įvairių elektroninių prietaisų per trumpą atstumą, su duomenų perdavimo greičiu ne didesniu kaip 250 kb / s. Palyginti su „Bluetooth“, „ZigBee“ yra paprastesnė, lėtesnė, mažesnė energija ir kaina. Jis gali geriau palaikyti žaidimus, buitinę elektroniką, instrumentus ir namų automatikos programas.
- UWB technologija: Itin plačiajuosčio ryšio technologija, naudojanti nanosekundinius impulsus duomenims perduoti labai plačiu spektru. UWB gali perduoti signalus labai plačiu pralaidumu. Privalumai yra mažas sistemos sudėtingumas, didelis padėties nustatymo tikslumas ir galimybė prasiskverbti pro kliūtis.
tags: #bevielio #identifikavimo #radijo #rysiu #technologija