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Les options de connectivité abondent pour l'Internet des choses

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Wi-Fi, Bluetooth, 802.15.4, Z-Ondulent, et les technologies de DECT, notamment, peuvent répondre à des besoins spécifiques de réalisateurs à travers le spectre d'IoT.

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l'Internet des choses (IoT) implique la connectivité, et les réalisateurs ont un bon nombre d'options de câble et sans fil à leur disposition pour la faire se produire. l'Ethernet tend à dominer le royaume de câble. Les cadres d'IoT tracent des protocoles de plus haut niveau relatif à ce type de connectivité, mais les dispositifs mettent-ils ? travail de t jusqu'à ce qu'ils aient une méthode de communication avec le réseau.

En ce moment, les réalisations d'Ethernet s'étendent de 10 Mb/s jusqu'à 100 Gb/s. naturellement, l'à extrémité élevé vise généralement l'épine dorsale de l'Internet pour lier des fermes de serveur dans le nuage, alors que le bas à la mi-portée fonctionne sur le reste des dispositifs. L'exécution médiane est de nos jours l'Ethernet 1-Gb/s.

Les dispositifs de legs résident dans le bas de gamme, à savoir 10 - et Ethernet 100-Mb/s. Les microcontrôleurs bas de gamme, particulièrement ceux avec les contrôleurs intégrés d'Ethernet, peuvent également être trouvés ici. Le low- typique au commutateur d'Ethernet de mi-portée manipule l'Ethernet 10/100/1000-Mb/s. Ces commutateurs de gigabit fonctionnent avec juste environ n'importe quel dispositif à côté de poignée de main pour trouver une vitesse et un protocole compatibles. Les protocoles peuvent être tout à fait complexes, y compris des détails comme le quality-of-service (QoS), le contrôle de flux, et l'appui virtuel du réseau privé (VPN). Ce sont souvent transparents aux réalisateurs d'IoT fonctionnant au niveau de protocole de TCP/IP ou plus haut.

Bien que l'Ethernet 10-Gb/s gagne du terrain, particulièrement pour l'interconnexion de serveur de mi-portée, une nouvelle classe d'Ethernet expédie des manches sur l'horizon. Essentiellement, l'Ethernet 1-Gb/s cogne jusqu'à 2.5 Gb/s avec une correspondance sautent à cloche-pied vers le haut pour l'Ethernet de haut-vitesse comme 10 Gb/s se déplaçant à 25 Gb/s. Ce changement fournit essentiellement une sortie plus rapide utilisant le même câblage.

Avec l'Ethernet servant essentiellement d'épine dorsale à la communication sans fil, les points d'accès sans fil de diverses saveurs ont un port d'Ethernet cela ? s en général plus rapidement que le côté sans fil. En conséquence, le lien sans fil peut fonctionner à à toute vitesse. Les points d'accès multiple existent habituellement dans un arrangement commercial ou industriel, avec une épine dorsale simple d'Ethernet les reliant ensemble aussi bien que fournir un lien à l'Internet si appropriés.

Wi-Fi fournit la largeur de bande

Wi-Fi, avec son choix de 802.11 variantes, fournit la sortie la plus élevée des technologies sans fil en ce moment. Il a commencé par 802.11a et b, et a progressé à 802.11ac. La norme 802.11b a eu un taux de données brutes de 11 Mb/s et a seulement utilisé la bande 2.5-GHz, alors que 802.11ac emploie 2.5 - et les bandes 5-GHz avec une largeur de bande combinée de chaîne d'intérieur de 5.3 Gb/s. est sur l'ordre de 100 à 200 pieds. La prochaine évolution ? 802.11ax ? est porté en équilibre pour réussir 802.11ac.

Un exemple du plus en retard dans des routeurs de Wi-Fi vient du D-Lien (fig. 1). Les poignées AC5300 accélère à 5.3 Gb/s. Le système, conduit par un processeur du duel-noyau 1.4-GHz, comporte huit antennes pour l'appui de MIMO (à entrées multiples, à sorties multiples).

Le défi avec l'utilisation de spectre de 802.11 soucis. N'importe qui essayant d'employer Wi-Fi à une Foire a rencontré le problème de l'au-dessus-utilisation de spectre. Par exemple, une exposition ? la bande de s 2.5-GHz a 11 canaux (selon le pays), mais les canaux recouvrent et cela peut réellement réduire la largeur de bande de données pour toutes les parties. Les dispositions non-recouvertes des points d'accès multiple utilisent normalement les canaux 1, 6, et 11. Cependant les points d'accès sur le même canal peuvent coexister par la négociation, largeur de bande de données est limité.

Les protocoles sans fil incorporent des normes de sécurité. Les 802.11 ont câblé l'intimité équivalente (WEP) a été cassé et ne devrait pas être employés, depuis elle ? s généralement limité à des plates-formes 802.11b plus anciennes. L'accès protégé par Wi-Fi (WPA) et 802.11i, également connus sous le nom de WPA2, sont les protocoles de sécurité du choix de nos jours. Ouvrez les points d'accès sans fil peut fonctionner sans des protocoles de sécurité.

Un défi principal pour des réalisateurs d'IoT entoure l'alimentation électrique. Pas tellement pour des appareils sans fil avec la puissance de câble ou les ressources suffisantes de batterie, mais plutôt pour les dispositifs mobiles aimez les smartphones et les comprimés. Toujours, Wi-Fi est souvent le choix pour ces dispositifs en raison de la largeur de bande, particulièrement quand il vient à couler les applications visuelles (par exemple, des films de observation ou des caméras vidéo). L'utilisation de batterie pour ces applications est typiquement mesurée en heures d'une utilité continue ; souvent, d'autres aspects du système, tels que des affichages et des processeurs, emploient plus de puissance que l'appui de Wi-Fi. Toujours, il ? issue de conception non triviale de SA.

Wi-Fi pour des budgets puissance-limités est possible, selon les conditions. Par exemple, les applications qui doivent seulement envoyer un éclat des données mettent ? t nécessairement doivent communiquer sans interruption. Ils peuvent allumer l'appui de Wi-Fi à un temps prédéterminé et plus tard le fermer. La puissance et la gamme sont également réglables.

Bluetooth

Bluetooth est une technologie à courte portée qui emploie les 2.4 - à la bande de 2.485-GHz ISM (industriel, scientifique, et médical). Conçu pour les réseaux de secteur personnel mobiles (casseroles), Bluetooth est trouvé sur des dispositifs comme des smartphones et des écouteurs. Le groupe d'intérêt de Bluetooth contrôle la technologie, avec dernier être standard Bluetooth 4.2.

Bluetooth a ? classique ? et versions de la basse énergie (le) ; la norme 4.x laisse tous les deux ou l'un ou l'autre à mettre en application. Bluetooth le est également connu comme Bluetooth futé. Puisque ? classique ? et Smart/LE aren ? t backward-compatible, ils peuvent ne pas fonctionner avec des dispositifs plus anciens.

LE version est important parce qu'il est conçu pour tenir compte des dispositifs qui fonctionnent et communiquent pendant des mois ou des années utilisant des sources de basse puissance comme des batteries de cellules de bouton ou des dispositifs d'énergie-moisson. Il ? s compatible avec la plupart des smartphones et comprimés qui ont été basés sur Bluetooth 4.x pendant quelque temps.

La chaîne maximum classique et futée de Bluetooth est environ 100 m (330 pieds), alors que le débit est jusqu'à 3 Mbs/s et 1 Mb/s, respectivement. Cependant, la sortie réelle d'application, comme la plupart des technologies sans fil, est moins ? 2.1 Mb/s pour le classique et 0.27 Mb/s pour futé.

Le classique est limité à sept raccordements de dispositif, mais à lui ? s non défini pour futé. C'est différent que le nombre de dispositifs appareillés un dispositif peut avoir, puisque beaucoup peuvent ne pas être en activité en même temps. Les dispositifs intelligents n'ayant aucune limitation de dispositif devient un facteur important, parce que plus d'applications maintenant peuvent utiliser un grand nombre de raccordements simultanés.

Une facette relativement nouvelle à la technologie cela ? s gagnant l'intérêt est l'utilisation des balises de Bluetooth, qui fait partie de la norme de Bluetooth 4 le. Cette norme est conçue pour permettre aux balises à piles de fonctionner pendant de longues périodes, transmettant l'information à passer des dispositifs de Bluetooth. Ils peuvent fournir des informations personnalisées, telles qu'un bon pour un produit sur l'affichage dans un magasin. Les balises visent des dispositifs comme des smartphones ; le smartphone peut être installé pour ignorer ou accentuer l'information des balises basées sur des préférences d'utilisateur et l'information de balise. Les balises sont essentiellement des dispositifs d'IoT, aussi.

Cette technologie peut être utilisée dans les scénarios multiples. Par exemple, les machines d'exercice peuvent chacune avoir une balise qui fournit leur disponibilité (en service ou non utilisable) aussi bien que des résultats. Un exercice $$etAPP qui a un programme pourrait indiquer quelles machines étaient disponibles et puis fermer à clef la machine pour fournir des résultats seulement au smartphone. La machine pourrait même ouvrir automatiquement une fois que le dispositif mobile se déplace hors de la gamme, puisque Bluetooth peut fournir des informations d'endroit basées sur des balises.

Un certain nombre d'asile défini de variantes de Bluetooth ? t a nécessairement atteint l'adoption significative. Par exemple, Bluetooth 3.0+HS a combiné le soutien de Bluetooth conventionnel avec 802.11 Wi-Fi pour folâtrer la sortie 24-Mb/s. La sortie plus rapide est manipulée par le composant de Wi-Fi, alors que Bluetooth fournit la poignée de main. Ceci est seulement soutenu par des dispositifs avec la désignation de +HS.

Bluetooth est devenu la technologie sans fil du choix pour les dispositifs mobiles personnels, d'autant plus qu'ils peuvent être contrôlés d'un smartphone Bluetooth-permis. Ceci inclut les dispositifs originaux comme la physique du consommateur ? SCiO (fig. 2). Le dispositif emploie la compagnie ? sonde near-infrared de spectroscopie de s (NIR) pour analyser des matériaux tels que la nourriture et l'eau. Elle prend environ une seconde ou deux pour qu'un émetteur d'IR illumine un échantillon et pour que la sonde détecte des résultats. Le microcontrôleur analyse les résultats et envoie ces derniers par l'intermédiaire de Bluetooth à un smartphone $$etAPP. L'unité, qui fonctionne pendant environ une semaine sous l'utilisation normale, incorpore un raccordement micro d'USB pour recharger la batterie.

Radio à énergie réduite

D'autres technologies sans fil à énergie réduite incluent 802.15.4 et Z-Ondulent. Une autre est DECT (télécommunications sans fil augmentées par Digitals), qui peuvent être appliquées aux applications d'IoT.

La norme 802.15.4 définit un débit 250 de kb/s et les 10m s'étendent, et des appuis point par point et des configurations de maille. Elle utilise trois bandes : 868 mégahertz, 915 mégahertz et 2.45 gigahertz. Considéré comme protocole cru, la norme est employée comme base pour des protocoles de plus haut niveau comme 6LoWPAN (IPv6 au-dessus des réseaux de secteur personnel sans fil de puissance faible) et ZigBee. En outre, un certain nombre de protocoles vendor-specific sont établis sur 802.15.4, tels que MiWi de la puce (voyez ? La radio de MiWi disparaît pro ? sur electronicdesign.com), qui sont souvent un poids plus léger et ont peu de restrictions d'autorisation.

La plupart des réseaux soutiennent IPv4 et IPv6, mais IPv4 est actuellement la version indélogeable sur l'Internet. Il a un certain nombre de problèmes qui sont résolus par IPv6 (par exemple, limitations d'adresse). Essentiellement la majeure partie de l'espace d'adressage IPv4 a été assignée. IPv6 augmente considérablement l'espace d'adressage, qui sera nécessaire avec la pléthore de dispositifs d'IoT exigeant des IDs uniques.

Z-Ondulez, soutenu par Z-Ondulent l'alliance, exploits la bande de 900-MHz ISM utilisant le codage de canal de GFSK Manchester. Les caractéristiques de fonctionnement sont semblables à 802.15.4, y compris la sortie de 100 kb/s et des 100 pi. (m) gamme 30.5. Elle manipule également des domaines semblables les réseaux maillés point par point et, et de cibles d'application tels que les commandes à la maison automatiques et d'éclairage. Un réseau peut avoir jusqu'à 232 noeuds, et les dispositifs de contrôleur et d'esclave aident à simplifier la commande et la configuration.

Les deux Z-Ondulez et 802.15.4 variantes sont-elles conçues pour fonctionner en mode de puissance-économie, signification elles ? active re pour seulement un nombre de heures limité ? souvent aussi bas que 0.1%. Plus de puissance est employée au cours de cette période, mais presque aucune puissance n'est consommée en mode de sommeil. De même, les deux approches sont conçues de sorte que mutuellement - les réseaux exclusifs peuvent coexister dans le même espace. C'est dispositif critique, parce que quelques réseaux doivent être dus d'isolement aux problèmes de sécurité.

IoT téléphone à la maison

L'alliance d'ULE (énergie très réduite) emploie la technologie de DECT, qui est commune dans de plus nouveaux téléphones sans fil comme ceux des communications de VTech (fig. 3). La qualité de voix élevée était importante pour la conception des DECT, de ce fait traduisant en haut-fiabilité des raccordements requis pour des données d'IoT.

La gamme de DECT ULE des fréquences plane autour de 1.9 gigahertz, fournissant 120 canaux duplex. Son arrangement de multiplexage de TDMA maintient 24 tranches de temps avec une longueur d'armature de 10 Mme, qui égalise à 1.152 Mb/s. Pour la parole, ceci signifie 32 kb/s ADPCM ou 64 codage de kb/s G.722. Balances de longueur de paquet de 32 à 256 bytes. Elle peut même traiter des images et des signaux vidéo.

DECT ULE ? la gamme typique de s de 300 m tend à fournir plus d'assurance que quelques technologies de concurrence. Elle peut soutenir des protocoles de plus haut niveau comme 6LoWPAN. En outre, DECT ULE emploie 128 l'arrangement plus fort de chiffrage du bit AES plutôt que le chiffrage 64-bit intégré dans les dispositifs standard de DECT. L'authentification et le chiffrage de paquet sont standard.

Les systèmes sont conçus pour l'utilisation de basse puissance ? La puissance de rf fait la moyenne de 10 mW avec des spécifications maximum de la puissance 250-mW. La latence tombe en-dessous de Mme 100. Les appuis d'architecture plus de 400 noeuds, avec 256 noeuds étant directement accessibles. Une application typique de sonde avec un seconde cycle du sommeil 20 qui consomme le µA 20 peut fonctionner pendant 10 années sur une batterie de D.C.A.

ULE est la technologie moins connue dans la portée d'IoT en raison de son rapport avec les téléphones sans fil. D'une part, ce rapport signifie qu'un nombre significatif de défenseurs et les morceaux sont disponibles pour des DECT. Le résultat final est plus peu coûteux une fois comparé aux technologies aiment ZigBee.

Un lien à la communication en phonie peut être un autre avantage, comme dedans, par exemple, des applications intelligentes de sonnette. La voix sert de base à la norme de DECT, de ce fait facilitant son inclusion dans des solutions d'IoT.

Défis cellulaires

La plupart des dispositifs cellulaires d'IoT visent l'évolution à long terme les normes 4G et 5G (de LTE). Cellulaire a l'avantage de l'assurance, qui est essentiellement globale, bien que les bandages larges mettent toujours ? t ont l'assurance cellulaire. De même, l'assurance peut être tachetée dans les secteurs avec beaucoup de tours de cellules dues aux facteurs s'étendant des prestataires de service et des conditions errantes aux obstructions normales et synthétiques. Néanmoins, il ? s la seule alternative, excepté quelques technologies satellites limitées, pour les concepteurs d'IoT qui ont besoin de l'assurance en dehors de des secteurs fixes disponibles à Wi-Fi aussi bien que pour l'assurance locale semblable à cela fournie par Bluetooth et toute autre radio à courte portée.

Le thème principal, bien que, est dépense renouvelable, puisque l'opération cellulaire exige des plans des prestataires de service. Assumer ces conditions peut être rencontré, les dispositifs cellulaires regardent très bon. La sortie pour 4G LTE-A avancé des dessus dehors à environ 1 Gb/s, alors que 5G promet 10 Gb/s. naturellement, ceci est la quantité maximum ; dans la pratique, les vitesses chutent basé sur la distance et l'utilisation dans une cellule.

L'alimentation électrique peut être une issue, particulièrement pour des applications mobiles avec les besoins à grande vitesse et de continu-connectivité. Aucun doute, coût n'hérite le jeu aussi bien, étant que les prix sont typiquement par le byte.

D'autres possibilités moins communes de gestion de réseau existent du côté de câble et sans fil, mais valent la mention. Par exemple, la gestion de réseau de la ligne électrique de l'alliance de HomePlug emploie des raccordements de puissance pour actionner l'interface aussi bien qu'un milieu de transmission. Une foule de produits interopérables incluent des dispositifs tels que les points et les ponts d'accès sans fil à l'Ethernet.

Un autre détail non adressé à ce point concerne des profils d'application. Ces normes fournissent des définitions d'information et commandent l'échange entre les dispositifs pour des applications standard telles que le stockage, allumant la commande ou certaines applications médicales. Les normes de plus haut niveau comme ZigBee soutiennent ces définitions de profil. Celles-ci peuvent être particulièrement avantageuses aux réalisateurs d'IoT, parce que leur utilisation permet le soutien d'une gamme des dispositifs compatibles. De même, les réalisateurs de dispositif peuvent soutenir une étendue des applications qui utilisent ces normes.

Une série de kits de développement et conceptions de référence sont disponibles pour toutes les technologies adressées en cet article. Par exemple, QuickLogic ? le module de s TAG-N emploie le nRF51822 Bluetooth du semi-conducteur nordique le hub intelligent de sonde futée S2 et d'ArticLink 3 de l'ultra-bas-puissance qui s'insère dans un facteur de forme de smartwatch (fig. 4). Il peut remplir des fonctions telles que des gestes de cheminement et déterminer des contextes d'endroit. Le module, qui lie au QuickLogic $$etAPP androïde pour le développement, fonctionne également avec le Nordic ? kit de développement de s nRF51822.

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