Фрагмент для ознакомления
2
Введение
Изначально понятие "Интернет вещей" было предложено членами RFID-сообщества, которые говорили о возможности получения информации о помеченном объекте путем просмотра интернет-адреса или записи в базе данных, соответствующей определенной технологии RFID или Near Field Communication. В научной статье "Исследование и применение умного дома на основе компонентных технологий и Интернета вещей" в качестве ключевых технологий IoT рассматриваются RFID, сенсорные технологии, нано-технологии и интеллектуальные встраиваемые технологии. Среди них RFID является основой и сетевым ядром построения Интернета вещей. Интернет вещей (IoT) позволил пользователям перенести физические объекты в сферу кибернетического мира. Это стало возможным благодаря различным технологиям маркировки, таким как NFC, RFID и 2D-штрихкод, которые позволяют идентифицировать физические объекты и связываться с ними через Интернет. IoT, интегрированная с сенсорными и радиочастотными технологиями, представляет собой вездесущую сеть, основанную на вездесущих аппаратных ресурсах Интернета, - это Интернет, объединяющий объекты. Это также новая волна ИТ-индустрии, поскольку в ней нашли применение вычислительные области, коммуникационные сети и технология глобального роуминга. Она включает в себя не только сложные технологии компьютерных и коммуникационных сетей, но и множество новых вспомогательных технологий Интернета вещей, таких как технологии сбора информации, технологии дистанционной связи, технологии дистанционной передачи информации, технологии анализа и контроля информационной разведки морских глубин.
В ближайшие годы прогнозируется быстрый рост Интернета вещей (IoT), к которому подключены физические объекты.
Например, по оценкам Cisco, среднегодовой темп роста составит 38 %. с 2015 года для сотовых соединений "машина-машина". что приведет к появлению более 3 миллиардов подключенных устройств к 2020 году [1]. К 2025 году до 75 миллиардов устройств будут подключены к Интернету вещей (IoT), а потенциальный экономический эффект составит около 11,1 триллиона долларов в год. Основой IoT является большое количество взаимосвязанных устройств, которые обмениваются информацией и предоставляют услуги [2]. Анализируя системы Интернета вещей, можно отметить, что основным связующим звеном являются системы обмена информации и передачи данных. Как правило, обмен информации происходит по беспроводным каналам связи с использованием радиотехнологий.
В данной работе рассматриваются основные применяемые на сегодняшний день радиотехнологии Интернета вещей, работа с такой тематикой является актуальной.
В англоязычной литературе в качестве обозначения Интернета вещей часто используется обозначение IoT – Интернет вещей по способу архитектуры его компонентов можно рассматривать как комбинацию датчиков и исполнительных устройств, которые предоставляют и получают определенные данные - эти данные далее оцифровываются и передаются в обоих направлениях по сетям связи. В дальнейшем эти данные оцифровываются и передаются в обоих направлениях по сетям связи, так что они могут использоваться множеством различных служб и конечных пользователей.
К одному объекту или устройству может быть подключено множество датчиков, которые затем могут измерять широкий спектр физических величин или событий и впоследствии передавать полученные данные в облако. Такое измерение можно рассматривать как модель сервиса.
Одним из главных связующих всех компонентов Интернета вещей является способ передачи данных, который основывается на радиотехнологиях.
В настоящее время информационная архитектура на основе Интернета обеспечивает обмен услугами и продуктами между всеми сетевыми элементами, устройствами и объектами. IoT относится к сетевому подключению обычных объектов, которые часто наделены интеллектом. В этом смысле Интернет также может служить платформой для гаджетов, которые связываются с внешним миром электронным способом и обмениваются информацией. В этом смысле IoT можно рассматривать как реальное развитие всего того, что подразумевается под названием Интернет, с добавлением большей взаимосвязанности, большей осознанности предоставляемой информации и расширенных интеллектуальных услуг. В прошлом в Интернете использовались ориентированные на соединение прикладные протоколы, такие как HTTP (Hypertext Transfer Protocol) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
IoT - это развивающаяся глобальная техническая архитектура на основе Интернета, которая облегчает обмен товарами и услугами в рамках глобальных сетей цепочки поставок. Для достижения технологической тенденции все более высокой скорости передачи данных и уменьшения задержек при передаче, предполагается, что Интернет будет удваиваться в размерах каждые 5,3 года.
Облачные вычисления могут сыграть решающую роль в этом развитии, так как являются критически важными для поддержки IoT. Большинство "вещей" реального мира будут интегрированы в виртуальный мир благодаря возможности полного подключения к Интернету в любое время и в любом месте.
Беспроводная передача данных является неотъемлемой частью Интернета вещей. Проводные соединения в принципе менее подвержены помехам и краже данных. Однако во многих случаях использование кабелей либо слишком дорого, либо невозможно, либо слишком неудобно — например, при использовании большого количества датчиков, установленных в труднодоступных местах. Однако в Интернете вещей преобладает не одна беспроводная технология. Потому что у разных приложений разные требования: для многих устройств, например, важно низкое энергопотребление, а для других важна высокая скорость передачи. Для других приложений диапазон может быть критическим.
Далее сосредоточимся на радиотехнологиях, используемых для Интернета вещей. Это могут быть такие технологии, как 6LoWPAN, LoRa, B-IoT, LTE-M, Zigbee
Работа состоит из введения, заключения, основной части, в которой описываются основные радиотехнологии интернета вещей.
Основная часть
Одним из самых популярных слов в области информационных технологий является Интернет вещей (IoT). Будущее - за Интернетом вещей, который превратит объекты реального мира в интеллектуальные виртуальные объекты. Цель IoT - объединить все в нашем мире под общей инфраструктурой, что позволит нам не только контролировать окружающие нас вещи, но и быть в курсе их состояния.
Интернет вещей - это новая смена парадигмы в области информационных технологий. Словосочетание "Интернет вещей", которое также коротко известно как IoT, образовано из двух слов: первое - "Интернет", второе - "вещи". Интернет - это глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей, использующих стандартный набор протоколов Интернета (TCP/IP) для обслуживания миллиардов пользователей по всему миру. Это сеть сетей, состоящая из миллионов частных, государственных, академических, деловых и правительственных сетей, как локального, так и глобального масштаба, которые связаны между собой широким спектром электронных, беспроводных и оптических сетевых технологий. Сегодня более 100 стран мира обмениваются данными, новостями и мнениями через Интернет.
Технология пассивного радиозондирования или радиовидения становится мощным средством обработки в реальном времени изменений, вносимых телом в канал распространения радиосигналов, что позволяет распознавать движения тела по радиочастотным (РЧ) сигнатурам. Системы радиовидения для распознавания действий человека используют радиочастотные сигналы, отслеживаемые в сети устройствами Интернета вещей (IoT). Технология основана на обработке в реальном времени информации о качестве канала (CQI), которая обычно используется в системах беспроводной связи на стороне приемника для количественной оценки качества радиосигнала.
Возмущения, вызванные движущимися телами или другими объектами в электромагнитном (ЭМ) волновом поле, могут быть измерены непосредственно из CQI и проанализированы для восстановления грубого 2D/3D-изображения окружающей среды, без необходимости создания инфраструктуры ad-hoc зондирования или сотрудничества со стороны наблюдаемых объектов.
Технология Cloud-IoT для пассивного радиозондирования, включающая полевое IoT-устройство, пограничное устройство-шлюз и облако позволяет реализовать гибкую реконфигурацию задач зондирования, прокладывая путь к новому поколению IoT-систем, состоящих из настраиваемых под конкретное приложение сенсорных компонентов, а не зависящих от приложения, и сталкиваются со многими проблемами взаимодействия, возникающих при сложном взаимодействии разнородных аппаратных ресурсов
Используемые высокочастотные режимы позволяют достичь высокой точности.
Более того, недавно исследователи продемонстрировали, что также. внимание к окружающим объектам может быть уловлено с помощью радиочастотных датчиков, а также эмоции, которые можно улавливать с помощью дыхания и пульса.
.В следующих разделах рассмотрим основные особенности таких радиотехнологий, как 6LoWPAN, LoRa, B-IoT, LTE-M, Zigbee.
При рассмотрении всех радиотехнологий примем, что пропускная способность канала связи - максимальная дальность определяется энергией на принимаемый бит и зависит от эффективной передаваемой мощности, чувствительности приемника, помех и скорости передачи данных.
В математическом выражении данное утверждение запишем как:
C=B∙log_2〖{1+[S/(N_0∙B)]}〗, (1)
Где C - пропускная способность (максимальная пропускная способность), бит в секунду , B - ширина полосы пропускания, Гц, S - мощность принимаемого сигнала, Вт, N_0 - плотность мощности шума , Вт/Гц.
В общем виде архитектура сетей Интернета вещей проиллюстрирована в работе [3]
Рисунок 1. Общая архитектура Интернета Вещей [3].
Одна из первых радиотехнологий - радиочастотная идентификация (RFID) - это система, передающая идентификационные данные об объекте или человеке по беспроводному каналу с помощью радиоволн в виде серийного номера.
Показать больше
Фрагмент для ознакомления
3
Список использованных источников
1. Lauridsen M, Kovács IZ, Mogensen P, Sorensen M, Holst S. Coverage and capacity analysis of LTE-M and NB-IoT in a rural area. In2016 IEEE 84th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall) 2016 Sep 18 (pp. 1-5). IEEE
2. Ikpehai A, Adebisi B, Rabie KM, Anoh K, Ande RE, Hammoudeh M, Gacanin H, Mbanaso UM. Low-power wide area network technologies for Internet-of-Things: A comparative review. IEEE Internet of Things Journal. 2018 Nov 28;6(2):2225-40.
3. https://controlengrussia.com/internet-veshhej/eurotech-iot/ дата обращения 07.07.2023
4. Al-Kashoash HA, Kemp AH. Comparison of 6LoWPAN and LPWAN for the Internet of Things. Australian Journal of Electrical and Electronics Engineering. 2016 Oct 1;13(4):268-74. https://www.researchgate.net/profile/Hayder-Al-Kashoash/publication/316236998_Comparison_of_6LoWPAN_and_LPWAN_for_the_Internet_of_Things/links/5a227e570f7e9b71dd03af85/Comparison-of-6LoWPAN-and-LPWAN-for-the-Internet-of-Things.pdf
5. Olsson J. 6LoWPAN demystified. Texas Instruments. 2014 Oct;13:1-3. https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/37904447/swry013-libre.pdf?1434296133=&response-content-disposition=inline%3B+filename%3D6LoWPAN_Overview.pdf&Expires=1688915930&Signature=Mz1NbED3xHYjLXVzt-ZoYjs5JCr4WLStPFbhYCgQS1m5Rb7i4SBSZoSFr8QwYzjUU1fWlIUYDzVlcXyUTK2Eis0NhCw3l-PDJKL~oaYYgtTj79wxjOQnyBoll-uTPMCQ6TJl3Dgcs698YlYbxudY2swMUBs0Y7nJZ34QPzB6-8QWfRTZYGPDgLe9jxZnoWKrRopBO37vqd-fAUYx4y4Y2L97WJ7~tCTbYDvg1vrgbdhLvr~cg6FJdfFJCfm7zxk7VlRDXcrDeV5MtoWa3skQwH3VTUQwPBfWLxe5Kvpk2ZAVwcojqN1F2tevrso4jsDDF1GpADyiSrz4dTFJ~oVs4A__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA дата обращения 07.07.2023
6. Nikoukar A, Raza S, Poole A, Güneş M, Dezfouli B. Low-power wireless for the internet of things: Standards and applications. IEEE Access. 2018 Nov 9;6:67893-926. https://hal.science/hal-02161803/document дата обращения 07.07.2023
7. Migabo EM, Djouani KD, Kurien AM. The narrowband Internet of Things (NB-IoT) resources management performance state of art, challenges, and opportunities. IEEE Access. 2020 May 20;8:97658-75.https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=9097268 дата обращения 07.07.2023
8. Sørensen A, Wang H, Remy MJ, Kjettrup N, Sørensen RB, Nielsen JJ, Popovski P, Madueño GC. Modeling and experimental validation for battery lifetime estimation in nb-iot and lte-m. IEEE Internet of Things Journal. 2022 Feb 17;9(12):9804-19
9. Lauridsen M, Kovács IZ, Mogensen P, Sorensen M, Holst S. Coverage and capacity analysis of LTE-M and NB-IoT in a rural area. In2016 IEEE 84th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall) 2016 Sep 18 (pp. 1-5). IEEE
10. Li Y, Cheng X, Cao Y, Wang D, Yang L. Smart choice for the smart grid: Narrowband Internet of Things (NB-IoT). IEEE Internet of Things Journal. 2017 Dec 8;5(3):1505-15.https://ieeexplore.ieee.org/ielaam/6488907/8375923/8170296-aam.pdf дата обращения 07.07.2023
11. AlShuhail AS, Bhatia S, Kumar A, Bhushan B. Zigbee-Based Low Power Consumption Wearables Device for Voice Data Transmission. Sustainability. 2022 Aug 31;14(17):10847
12. Adi PD, Sihombing V, Siregar VM, Yanris GJ, Sianturi FA, Purba W, Tamba SP, Simatupang J, Arifuddin R, Prasetya DA. A performance evaluation of ZigBee mesh communication on the Internet of Things (IoT). In2021 3rd East Indonesia Conference on Computer and Information Technology (EIConCIT) 2021 Apr 9 (pp. 7-13). IEEE