Strona używa cookies (ciasteczek). Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.    X

Protokoły komunikacji urządzeń dla Internet of Things

Internet Rzeczy (IoT) jest uważany za jeden z najgorętszych tematów i nowinek wśród ludzi interesującymi się nowymi technologiami związanymi z IT. Wiele osób uważa, że jest to jedna z największych zmian jaka spotka człowieka w czasach nowożytnych. Komunikujące się ze sobą i z komputerem różnego rodzaju mierniki i sterowniki mogą znacząco wpłynąć na styl naszego życia. Głównym celem jest automatyczne sterowanie pomieszczeniami, budynkami, halami. Automatyczne regulowanie oświetlenia, wydzielania ciepła, wentylacji, ale też wszelkiego rodzaju pomiary jak np. zużycie energii, wody, które pozwalają nie tylko ułatwić zarządzanie, ale też przyczynić się do oszczędności finansowych. Wszystko to już dawno używane jest w wielu zakładach przemysłowych i biurowcach. Jednak teraz dzięki niższym kosztom budowy takich urządzeń oraz montowaniu minikomputerów w lodówkach, piekarnikach itp. pojawia się szansa, że rozwiązania te pojawią się w każdym zwykłym domu. Jednym z kluczowych elementów niezbędnych do realizacji tego typu projektów jest wygodny, bezpieczny i skuteczny system komunikacji bezprzewodowej pozwalający na łączenie się urządzeń tworzących naszą sieć IoT z centralnym komputerem.

Wydawałoby się, że IoT jest już w fazie intensywnego wdrażania, a technologie z tym związane stabilne i dojrzałe. Można by również spodziewać się dużej konkurencji w tej dziedzinie. Można, ale niestety nic z tego…
W tej chwili istnieje jeden niekwestionowany lider jeśli chodzi o protokół komunikacji dla urządzeń IoT oraz chipy i same gotowe urządzenia, które można połączyć z tego typu siecią. Jest nim zamknięty standard Z-Wave, którego twórcą i właścicielem jest duńska firma Zensys. Utworzono też Z-Wave Alliance, stowarzyszenie ok. 300 firm zajmujących się produkcją urządzeń automatyki domowej i przemysłowej, którzy wykorzystują ten protokół w swoich produktach. Produktów ułatwiających dodawanie "inteligencji" swojemu mieszkaniu jest całkiem sporo. Każdy hotzlotowicz dobrze zna jedną firmę z Poznania, która jest liderem na tym rynku.

Problem jednak w tym, że dla hobbysty, który chce zrobić coś więcej niż wykorzystać gotowe rozwiązania, sytuacja nie jest taka idealna. Aby korzystać z Z-Wave należy zakupić development kit składający się z elektroniki i SDK (na jednej ze stron widać cenę $2700 za base kit + $300 za elementy regionalne [każdy region używa innej częstotliwości], a do tego jeszcze samo SDK, którego ceny nie udało mi się ustalić [jest tylko kontakt do sprzedawcy]). Sytuacje ratuje na szczęście OpenZWave, projekt otwartej biblioteki do obsługi szeregu kontrolerów podłączanych do komputerów, służących do nadzorowania naszej sieci urządzeń. Można zatem korzystać z gotowych urządzeń sterując i monitorując ich pracę, jednak niektórzy chcieliby czegoś więcej, możliwości tworzenia własnych urządzeń w oparciu o Arduino (bądź innego mikrokontrolera jak np. ARM Cortex-M). Takie chipy istnieją, jednak ich ceny są trudne do zaakceptowania (wychodzi już taniej kupić gotowca). Najtańszy moduł jaki udało mi się znaleźć: http://www.zwaveproducts.com/Zwave-Lighting/Zwave-Wall-Switches/Remote...Wysokie ceny wynikają z zamkniętej technologii i opłatą jakie ponoszą producenci urządzeń wykorzystujących ZWave. Moim zdaniem nie jest to technologia, która mogłaby znaleźć się pod strzechami przeciętnego Kowalskiego. Potrzebna jest solidna konkurencja, która spowodowałaby obniżenie cen. Jeszcze lepiej gdyby pojawiła się otwarta specyfikacja, dostępna dla każdego bez opłaty. No i w zasadzie coś takiego jest, ale ...

Okazuje się, że większość firm zaspała nieco i nie zauważyła możliwości wprowadzenia automatyki w zwykłych domach. Istniały co prawda od dość długiego czasu różne protokoły służące do tego typu rozwiązań, jak choćby protokół X10 (lata 70-te XXw), jednak był on lepiej dostosowany do urządzeń automatyki przemysłowej. Pojawił się również standard ZigBee, który obecnie jest największym konkurentem dla ZWave. Jednak urządzenia korzystające z niego mają złą opinię, ponieważ okazuje się, że bardzo często urządzenia różnych producentów korzystających z protokołu ZigBee nie są ze sobą kompatybilne. Chcąc temu zaradzić utworzono ZigBee Alliance, grupę łączącą wiele znanych firm jak: Philips, Texas Instrument czy FreeScale (lista: http://www.zigbee.org/zigbeealliance/our-members/). Większość chyba dużych potentatów branży elektronicznej wspiera prace nad ZigBee, zatem wydają się skazani na sukces. I to pomimo tego, że można odnieść mocne wrażenie, że są bardzo spóźnieni. ZigBee Alliance pracuje nad specyfikacją wersji 3.0 protokołu, który ma usunąć wszelkie niekompatybilności i inne problemy z dotychczasowych implementacji. Pełna specyfikacja zostanie zatwierdzona ... w czwartym kwartale br. Rewolucja w automatyce domowej tymczasem już trwa, ale na działający dobrze ZigBee jeszcze poczekamy.
Niektórzy uważają jednak, że czarnym koniem w tym wyścigu może stać się standard 6LoWPAN. Wykorzystuje on zwykłe połączenia wewnętrznej sieci IPv6, które nie zużywają dużo energii i tak samo jak w wyżej wymienionych technologiach każdy węzeł potrafi pośredniczyć w komunikacji między innymi węzłami, a serwerem. Jest on o tyle lepszy, że korzysta ze sprawdzonej już struktury i znacznie łatwiej zaimplementować go w systemie operacyjnym. Druga sprawa, że ZigBee wymaga, aby osoby, które chcą mieć dostęp do niezatwierdzonych jeszcze specyfikacji i móc wykorzystywać je w swoim oprogramowaniu muszą zgodzić się na specyficzną licencję, która ponoć stoi w sprzeczności z GPL. Utrudnia to implementacje tego protokołu w jądrze Linuksa. Może się okazać, że szybkie pojawienie się dobrego wsparcia dla protokołu 6LoWPAN w Linuksie da mu przewagę.

Cóż pozostaje zatem hobbystom, albo bawić się póki co z ZWave, kosztem niemałych wydatków. Tymczasem czekać na rozwój wypadków i pojawienie się nowych urządzeń z ZibBee lub 6LoWPAN po przystępnych cenach oraz dobrego wsparcia w jądrze Linuksa wraz z odpowiednimi bibliotekami. Dopiero pojawienie się tych urządzeń i wsparcia spowoduje, że Internet Rzeczy na serio nabierze rozpędu.  

internet inne

Komentarze

0 nowych
mktos   9 #1 14.03.2015 12:52

Dodatkowo warto zwrócić uwagę, że 6LoWPAN działa w oparciu o standard IEEE 802.15.4, który jest również bazą dla ZigBee. Standard ten definiuje pierwsze dwie warstwy modelu ISO/OSI, a 6LoWPAN i ZigBee zajmują się już np. kwestiami routingu.

Aczkolwiek samo pojęcie IoT jest na tyle szerokie, że urządzenia określane w ten sposób działają również w oparciu o stado bardziej popularnych systemów komunikacji - choćby 802.11 (Wi-Fi) czy też niezastąpione 802.3 (Ethernet) :-)

lynx44   10 #2 14.03.2015 15:24

Kolejne protokoły. Zastanawiam się po co? Nie wystarczy zwykłe WiFi? W dobie IPv6 bez problemu da się przypisać adres każdej lodówce pralce czy czemu tam jeszcze. Nie potrzeba wtedy urządzeń pośredniczących przy dostępie spoza domu. Choć pewnie taka izolacja była by bezpieczniejsza. No i ile jeszcze fal radiowych w różnych częstotliwościach będzie latać mi po domu?

mikolaj_s   13 #3 14.03.2015 17:51

@lynx44: WiFi zużywa za dużo energii. Jeśli chcemy mieć urządzenie np. regulujące przykręcanie kaloryfera, albo jakiś czujnik to aby działał on na baterii musi zużywać dużo mniej energii. Jak już napisał wyżej mktos protokoły te działają podobnie do WiFi, tylko potrafią jeszcze tworzyć sieć mesh (każde urządzenie może pośredniczyć w wymianie informacji przepływających z innych czujników. Tego samo WiFi nie potrafi.
Sterowniki i czujniki i tak łączą się z głównym serwerem sterującym wszystkim, więc nie ma problemu z łączeniem się z zewnątrz.

gowain   18 #4 14.03.2015 19:25

Chyba najlepiej jakby 6LoWPAN zostało głównym standardem, ale obawiam się, że będzie mocne ciśnienie i faworyzowanie ZWave'a.

Bardzo dobry wpis.

#r2d2#   10 #5 14.03.2015 20:29

Ciekawy wpis. Nie słyszałem wcześniej o żadnym z tych protokołów oprócz ZWave. A tu się okazuje, że ich dosyć sporo. Chociaż w sumie to czy jest potrzeba robienia takich standardów? Jak ktoś buduje np. "inteligenty" biurowiec, to jego czujniki mogą używać do komunikacji jakiegoś zamkniętego protokołu stworzonego przez firmę, która budowała tą całą elektronikę. Standard musi być zachowany tylko między głównym sterownikiem a np. Internetem, ale sposób w jaki dane są przekazywane między sterownikiem a czujnikiem nie jest istotny.

wojski   7 #6 14.03.2015 21:19

@#r2d2# Akurat stworzenie i przestrzeganie standardu w kwestii autoamtyki budynków jest bardzo ważne Budynek tworzysz z perspektywą wieloletniego użytkowania a firmy jedne powstają, drugie znikają. Wykorzystanie popularnego standardu spowoduje, że nawet jak firma A padnie to będzie firma B, której urządzenia w razie potrzeby dołożysz lub wymienisz jakieś uszkodzone/zużyte. Jest też szansa, że nowszy standard zachowa wsteczną kompatybilność tak jak ma to miejsce w przypadku USB 1->2->3 czy Wi-Fi a->b->g->n :)

mikolaj_s   13 #7 14.03.2015 21:54

@gowain: ZWave będą faworyzować firmy, które już produkują sprzęt do IoT, ale nie ma wśród nich wielkich korporacji tworzących elektronikę. Te ostatnie będą cisnąć ZigBee, bo też chcą się dobrać do tortu ;)

#@#r2d2# "Standard musi być zachowany tylko między głównym sterownikiem a np. Internetem, ale sposób w jaki dane są przekazywane między sterownikiem a czujnikiem nie jest istotny."

Komunikacja z serwerem sterującym, a internetem jest tylko w celach zdalnego sterownia przez użytkownika i nie jest potrzebna standaryzacja bo ona już jest w postaci sieci i protokołów przesyłania w nich danych. Natomiast dla czujników jest niezbędna. ZWave się rozpowszechnił bo wprowadził własny standard w świecie gdzie brakowało takiego jasnego klarownego protokołu. Dzięki temu wielu różnych producentów, płacących właścicielom standardu za licencje może współpracować tworząc całą gamę różnych elementów. Żadna firma sama tego nie wyprodukuje. Nie chciałbyś wymieniać całej infrastruktury tylko dlatego, że nie znalazłeś jednego czujnika, który musisz dołożyć. ZWave jest niezły tylko jego koszt jest zbyt wysoki i duże firmy nie są skłonne płacić za coś co mogą mieć znacznie taniej.

KyRol   17 #8 14.03.2015 22:12

Na razie trzeba czekać na rozwój sytuacji, mam nadzieję, że mimo wszystko 6LoWPAN do kernela się wśliźnie, bo wizja, że ten protokół mógłby być implementowany w rozszerzeniu standardu PXE - iPXE jest więcej niż kusząca :P A własnościowe zabawki niech pozostaną własnościowymi.

Autor edytował komentarz.
gowain   18 #9 14.03.2015 22:38

@mikolaj_s: Z tego co kojarzę to Apple chyba nawiązało jakąś współpracę z Z-Wave Alliance - więc już jedna duża korporacja jest. Do tego na stronie jako członkowie występują takie firmy jak Bosch, Zyxel, D-Link czy LG, do tego sporo firm-liderów w branżach związanych z systemami klimatyzacji, ogrzewania, okien itp.

mikolaj_s   13 #10 15.03.2015 00:04

@gowain: Bosh i LG jest równocześnie w ZigBee Alliance. Jeśli będzie możliwość uniezależnienia się to raczej skorzystają. Poza tym duże firmy mogą równocześnie używać kilku technologii. Obecni liderzy używają ZWave bo nic innego lepszego na razie nie ma. Apple jest pragmatyczne i nie musi oszczędzać paru groszy na licencji. Ich sprzęt też nie będzie tani. Za to inne duże firmy będą chciały wprowadzić te technologie do masowego odbiorcy i tutaj bez drastycznego obniżenia cen nic z tego nie będzie. Być może ZWave zostanie jako technologia dla użytkowników premium, ale ZigBee lub 6LoWPAN powinien w przyszłości stać się popularniejszy (chyba, że ten pierwszy w wyniku zagrożenia i konkurencji drastycznie zmniejszy opłaty licencyjne).

Autor edytował komentarz.
cyryllo   16 #11 15.03.2015 12:51

@mikolaj_s: Nie słyszałem wcześniej o 6LoWPAN. Fajny wpis.

#r2d2#   10 #12 15.03.2015 13:25

@wojski, @mikolaj_s: Faktycznie, jeśli chcemy korzystać z urządzeń wielu producentów to standard jest niezbędny. Nie wziąłem tego pod uwagę.

  #13 16.03.2015 14:19

Jeśli mowa o protokołach IoT, to warto byłoby wspomnieć o Bluetooth LE, 3G, a także protokołach wyższych warstw: uIP, ROLL, MQTT, CoAP, AMQP, DDS, XMPP, ZeroMQ.

PAMPKIN   10 #14 19.03.2015 13:33

Kurcze, troszkę mnie ubiegłeś i na dodatek przeoczyłem ten wpis. Choć nie wyczerpałeś jeszcze temat. Good Job!