In der heutigen Welt können wir immer häufiger auf verschiedene Arten intelligenter Geräte und Systeme stoßen. Ihre Aufgabe ist ganz einfach: das menschliche Leben zu verbessern und zu erleichtern. Sprachsteuerungen, intelligente Beleuchtungssysteme, Steckdosen zur Überwachung des Stromverbrauchs, Sensoren für Umgebungsbedingungen – all diese Geräte qualifizieren sich für das Konzept des sogenannten Internets der Dinge (Internet of Things = IoT). In dem Artikel werden wir die gängigsten Kommunikationsstandards sehen, die in dieser Art von Anwendungen verwendet werden.
- Was ist IoT und wie funktioniert es?
- Welche Kommunikationsstandards nutzt IoT?
- IoT-Anwendung zu Hause und am Arbeitsplatz
- Welche Geräte können in das IoT-Netzwerk eintreten?
Laut Definition ist das Internet der Dinge ein digitales Netzwerk, das durch miteinander verbundene Objekte entsteht und gleichzeitig ein Netzwerk, das eine Verbindung zur physischen Welt herstellt. Diese Aussage wurde erstmals von Kevin Ashton verwendet, einem britischen Unternehmer, der 1999 den IoT-Trend ins Leben rief. Mit anderen Worten, die Das Internet der Dinge kann als miteinander verbundene Geräte beschrieben werden, die Daten sammeln, analysieren und mit anderen Geräten teilen können. Ein Beispiel hierfür ist a intelligentes Lüftungs- und Heizsystem in einem großen Unternehmen. In der gesamten Anlage verteilt Sensoren können Daten über Umgebungsbedingungen während Produktionsprozessen sammelnsowie in Büros und Lagerhallen. Der Steuerungen von Lüftungsgeräten, Infrarotheizungen und daran angeschlossenen Heizkesseln können auf die gesammelten Daten reagieren, indem es seine Parameter in Echtzeit anpasst, um die Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder den Sauerstoffgehalt gemäß den im Werk geltenden Standards aufrechtzuerhalten.
Wie funktioniert IoT?
Das IoT-Ökosystem besteht aus intelligenten Geräten, die Folgendes unterstützen: spezifische Art der Kommunikation, meist drahtlos. Das sind Geräte wie Mikrocomputer, Sensoren und Kommunikationsgeräte zum Sammeln, Senden und Bearbeiten von Daten. IoT-Geräte teilen die von ihnen gesammelten Daten, indem sie sich zur Analyse und Verarbeitung mit anderen höheren Systemen verbinden. Master-Geräte können auch mit anderen Datensammlern kommunizieren, um gemeinsam ein riesiges Datenerfassungssystem zu erstellen gemeinsames IoT-System. IoT-Geräte erledigen den Großteil der Arbeit ohne menschliches Eingreifen, obwohl Menschen mit ihnen interagieren können, z.B. Sie können sie konfigurieren, anweisen oder auf Daten zugreifen.
Wie kommunizieren IoT-Geräte?
IoT-Geräte sind miteinander verbunden normalerweise über ein WLAN-Netzwerk. Es ist eine sehr bequeme Lösung, aber manchmal ist diese Art der Kommunikation ein Übermaß an Form gegenüber Substanz. Es kommt auch vor, dass sich das gestartete Gerät nicht in der Reichweite eines Netzwerks befindet. Wir müssen also eine andere Art der Kommunikation nutzen. Daher lohnt es sich, neben den gängigsten Kommunikationsprotokollen in IoT-Netzwerken auch die spezifischeren Lösungen zu kennen.
WIFI in IoT-Installationen
Die absolute Hegemonie, wenn es um Kommunikationsformen zwischen IoT-Geräten geht, ist das bereits erwähnte WLAN. Der Typische WLAN-Verbindungen zum Datenaustausch nutzen Radiowellen mit bestimmten Frequenzen: Die beliebtesten sind 2,4 GHz und 5 GHz, aber immer häufiger gibt es sie auch 6 GHz, bietet bis zu 1200 MHz Breitband. WI-FI wird normalerweise von den fortschrittlichsten Elementen verwendet, die Teil des IoT-Systems sein können: Smartphones, Computer und Mikrocomputer. Die beliebtesten Module, die mit dem WiFi-Standard kompatibel sind, sind zweifellos ESP8266 y ESP32.
Das Angebot von TME umfasst zahlreiche WLAN- und Bluetooth-Module
Bluetooth
Bluetooth ist eines der Kommunikationsprotokolle mit kurzer Reichweite am meisten benutzt. Geräte, die über diese Schnittstelle kommunizieren, können Daten über eine Entfernung von übertragen von einem Meter bis 100 m, abhängig von der Leistungsklasse. Dies ist ein Parameter, der eng mit der Reichweite zusammenhängt und die Ausgangsleistung des Senders bestimmt. Es gibt drei Klassen von Macht – Klasse 1 – Leistung 100 mW (20 dBm), maximale Reichweite: 100 m, Klasse 2 – Leistung 2,5 mW (4 dBm), maximale Reichweite: 10 m, Klasse 3 – Leistung 1 mW (0 dBm), maximale Reichweite: 1 m. Bluetooth ist ein Standardprotokoll für das Internet der Dinge, das wie WLAN Radiowellen (typischerweise 2,4 GHz) als Datenträger verwendet. Bluetooth ist ein relativ sicherer Kommunikationsstandard, ideal für mobile Lösungen wo ein hoher Datendurchsatz nicht unbedingt erforderlich ist. Kurze Reichweite und geringer Stromverbrauch sind die charakteristischen Merkmale von Bluetooth. Erwähnenswert ist auch BLE, also Bluetooth Low Energy. Ist ein Niedrigenergieversion des Bluetooth-Protokolls, das vor allem in der IoT-Branche mit großer Begeisterung eingesetzt wird kleine batteriebetriebene Geräte.
Ethernet
Ethernet-Netzwerke erfordern kabelgebundene Verbindungen.
Beim IoT-System geht es nicht nur um drahtlose Kommunikation. IoT-Geräte können für die Ethernet-Kommunikation auch die bekannte Art der Kabelverbindung nutzen. Dies ist nicht die bequemste Lösung, da ein Kabel an das Gerät angeschlossen werden muss und die Routenführung kann an manchen Stellen problematisch sein. Es gibt jedoch Orte, an denen es sehr einfach sein wird, das neue IoT-Netzwerk auf diesem Kommunikationsstandard aufzubauen. Die Rede ist hier von größeren Unternehmen und Fabriken, in denen in der Regel alle Bereiche bereits mit einem kabelgebundenen Netzwerkanschluss ausgestattet waren. Wenn Sie Ihr Unternehmen ein wenig modernisieren möchten, Sie können IoT-Geräte einfach auf Basis einer Ethernet-Verbindung bereitstellen.
NFC
NFC ist ebenfalls eines der IoT-Kommunikationsprotokolle. Es ist ein Netzwerk mit geringe Bandbreite und Leistung, zum Datenaustausch über kurze Entfernungen, im Allgemeinen bis zu etwa 4 cm. Aufgrund seiner Spezifität wird diese Art der Kommunikation unter ganz bestimmten Bedingungen und Situationen eingesetzt, beispielsweise beim kontaktlosen Bezahlen. NFC kann ebenfalls verwendet werden in Zugangskontrollsystemen, die an ein größeres IoT-Netzwerk angeschlossen sind.
Zigbee
ZigBee ist ein Datenübertragungsprotokoll ähnlich wie Bluetooth. Gebraucht hauptsächlich unter industriellen Bedingungen. Auch hier kommen sie zum Einsatz 2,4-GHz-Funkwellen Daten zu übertragen. Zigbee zeichnet sich durch geringen Stromverbrauch, geringe Bandbreite (bis zu 250 kbps) und eine recht große Reichweite von bis zu 100 m aus. Obwohl der Zigbee-Standard alt ist, Seine Eigenschaften machen es ideal für IoT-Anwendungen. Erwähnenswert ist hier die Mesh-Topologie, auf der Zigbee basiert. Dies bedeutet, dass das Netzwerk vorhanden ist einfach zu erstellen und zu warten, da verbundene Geräte direkt, dynamisch und nicht hierarchisch miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten: Jedes Gerät verbindet sich mit anderen Geräten in Reichweite, wodurch sich das Netzwerk selbst organisiert.
Erweiterungsboards sind eine praktische Möglichkeit, Ihr IoT-Netzwerk zu erweitern
Handys
IoT-Geräte können erfolgreich Daten übertragen GSM-, 4G/LTE- und 5G-Funkmobilfunknetze. Dies wird eine besonders wünschenswerte Lösung sein, insbesondere wenn wir Informationen über große Entfernungen versenden möchten. Es muss jedoch daran erinnert werden Die mobile Übertragung verbraucht viel EnergieDaher müssen wir bei der Gestaltung dieser Art von IoT-Lösungen dies berücksichtigen ständiger Zugang zu Energie oder Kommunikation nur in einer bestimmten und begrenzten Zeit, was das Mobilfunknetz jedoch von Echtzeitsystemen disqualifiziert. Trotzdem haben Mobilfunknetze einen ziemlich wichtigen Vorteil – Reichweite. Dank Mobilfunkanbietern können IoT-Geräte, die diese Lösung nutzen, heute praktisch überall platziert werden.
LoRaWAN
Ein LoRaWAN-kompatibles Gateway
LoRaWAN ist eine der beliebtesten IoT-Technologien und richtet sich hauptsächlich an Geräte, bei denen der Stromverbrauch zählt. Dieses Protokoll zeichnet sich aus durch geringer Stromverbrauch und niedrige Übertragungsgeschwindigkeit (0.3 kbs bis 50 kbs). Besonders empfehlenswert ist der Einsatz der LoRaWAN-Technologie in kleinen, oft mobilen, batteriebetriebenen Geräten. Ein Beispiel können hier Wasserstandssensoren im Tagebaugebiet sein. Über den gesamten Komplex verteilte Geräte sind mit der zentralen Basis verbunden, die möglicherweise sogar einige Kilometer entfernt ist. Diese Kommunikation erfolgt normalerweise einseitigDas heißt, der Sensor sendet in der Regel mehrmals täglich Daten an die Basis. Bedauerlicherweise, Diese Lösung macht es unmöglich, Live-Daten anzuzeigen, aber dadurch verbraucht der im Feld platzierte Sensor viel weniger Energie und kann mit Batterien betrieben werden.
Sigfox
Eine der interessantesten IoT-Lösungen ist der Kommunikationsstandard Sigfox, der LoRaWAN in gewisser Weise ähnelt, obwohl sich beide Lösungen in Wirklichkeit deutlich unterscheiden. Mit Sigfox können Sie Daten von vielen Geräten empfangen, sie müssen jedoch nicht dauerhaft mit dem Netzwerk verbunden sein. Im Feld platzierte Geräte senden kleine Datenmengen, ein einzelner Frame hat maximal 26 Bytes. Zur Kommunikation werden Funkfrequenzen genutzt: in Europa und im Nahen Osten beträgt sie 868 MHz, während sie in Nordamerika 902 MHz beträgt. Einer der Hauptvorteile von Sigfox ist die Tatsache, dass die Geräte nicht dauerhaft mit einer Basisstation verbunden sind, sondern Daten drahtlos senden, wodurch sie von der Basisstation in Reichweite empfangen werden. Außerdem, Sigfox basiert auf Cloud Computing, was bedeutet, dass alle Berechnungen in zentralen Einheiten erfolgen. Die Aufgabe von Geräten im Feld besteht lediglich darin, Daten von Sensoren zu sammeln und diese an das Netzwerk zu senden Sie benötigen zum Betrieb wenig Energie und können mit Batterien betrieben werden.
Das Sigfox-Modul des MikroE-Angebots.
Z-Wave
Es handelt sich um ein aufkommendes drahtloses IoT-Kommunikationsprotokoll für Hausautomationsgeräte. Z-Wave ist eine Funkkommunikationstechnologie mit geringem Stromverbrauch. Betrieb im Band unter 1 GHz. Es ist in der Lage, bis zu 232 Geräte gleichzeitig zu unterstützen. Hauptanwendungsgebiete dieser Art der Kommunikation sind Hausautomationskomponenten wie smarte Lampen und Sensoren.
Geräteanwendung für das Internet der Dinge
Das Internet der Dinge hilft Menschen, effizienter und komfortabler zu leben und zu arbeiten. Geräte dieser Art können in fast allen Bereichen unseres Lebens eingesetzt werden. Zu Hause können wir ganz einfach eine erstellen System aus intelligenten Sensoren und Aktoren kombiniert mit einem Sprachassistenten. Von nun an können wir mit einem einzigen Befehl die Beleuchtung einschalten, die Fenster abdecken oder die Temperatur im Raum ändern.
IoT-Geräte sind auch für die Industrie äußerst nützlich. neben dem Management der Umweltbedingungen In der oben genannten Einrichtung weit verbreitet, kann auch das Internet der Dinge genutzt werden Steuern Sie Produktionsprozesse oder verwalten Sie die Lagerlogistik. Mit einem gut aufgebauten IoT-System können Sie genau steuern, was in der Fabrik passiert. Maschinenleistung, Ausfallzeiten, Lieferkette, Logistikabläufe. Alle diese Daten können gesammelt und gespeichert werden und darauf aufbauend können Sie sie nutzen den Betrieb des Unternehmens weiter optimieren.
Was kann Teil von IoT sein?
Praktisch jedes Gerät kann Teil des IoT sein und die einzige Grenze ist Ihre Vorstellungskraft. Alles kann auf seine Weise intelligent sein: intelligente Sensoren, die Daten an die Cloud senden, gesteuert von der Anwendungsebene von Thermostaten, Kameras, deren Bild wir vom anderen Ende der Welt aus verfolgen können, Glühbirnen, deren Farbe das emittierte Licht sein kann mit einer Uhr geändert. Daten zufolge wächst die Welt der IoT-Geräte ständig. Es gibt bereits mehr als 20 Milliarden Geräte, die nach diesem Konzept funktionieren, und wir können sicher sein, dass diese Zahl weiter steigen wird.
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