Az Ethernet marad a kedvenc hálózat az IT-ben és az iparban egyaránt

A HW group megoldásainak számos közös jellemzője van:

• A mért adatok azonnali elérhetősége az alkalmazásokban
• Figyelmeztető és riasztási funkciók
• Az eszközök telepítése IT-infrastruktúrában és az iparban
• Magas szintű adatbiztonság
• Szoftveralkalmazások és platformok széles körének támogatása
• Az eszközök távoli vezérlése és kezelése
• Ezek a funkciók megbízható, stabil kapcsolatot igényelnek a szállítási és kommunikációs szolgáltatások magas szintű biztonságával, amit ma különösen az Ethernetből származó szabványok biztosítanak.

Mire képes az Ethernet, a WiFi és a többi?

Ethernet

Az Ethernetet főként szabványos számítógépes hálózatként ismerik. Az IoT-nél gyakran elfelejtik, mert sokak számára az IoT vezeték nélküli kérdés. A vezeték nélküli megoldás azonban jelfelősségi, interferencia-, zaj-, rádiószabvány-kompatibilitási és biztonsági problémákat hoz. Az Ethernetnek viszont nincsenek korlátai a sebesség, a titkosítás és az átvitt adatmennyiség tekintetében, ezért az ipari IoT (IIoT) alkalmazások első számú választása. Az Ethernet az adatátvitel mellett az eszköz táplálását is biztosíthatja (PoE – Power over Ethernet), ami számos alkalmazásban megkönnyítheti a tápellátást.

Hozzá kell tenni, hogy a hagyományos vezetékes Ethernetnek számos vezeték nélküli alternatívája is van, mert más hálózatok ugyanazokat a szállítási és kommunikációs protokollokat használják az Ethernet teljes helyettesítésére.

WiFi

A WiFi, vagyis a vezeték nélküli Ethernet a legtöbb mai vállalati épületben és nyilvános térben szabványnak számít. Nagy sávszélességet és titkosítási biztonságot tesz lehetővé. Helyhez kötött alkalmazásokhoz, ahol a magas energiafogyasztás nem lényeges, megbízható alternatívája a vezetékes Ethernetnek. Az alapbeállítás összetettebb, de többféleképpen megoldható.

GPRS / LTE

A GSM, illetve a GPRS kissé elhanyagolt interfész az IoT világában. Az IoT-t modern és haladó technológiának tekintik, míg a GSM a múlté, azoké, akik a GPRS-adatátvitelt 3G- vagy 4G-hálózatokon akarják használni. A GPRS azonban megbízható interfész, és ha nem igényel több tíz MB adat átvitelét, teljesen megfelelő. A lefedettség a legtöbb országban tökéletes, és bár számos üzemeltető már értesítést adott e hálózat leállításáról és LTE-hálózatokkal való felváltásáról, a GSM még egy ideig megmarad. Alacsony költségek mellett gyakran havi több tíz MB adat ingyenes. Használhatja a klasszikus Ethernetet, az IP-kommunikációt, például a http(s)-t, így nem kell speciális kommunikációs portokat nyitnia, SSL-biztonsággal stb. A GSM klasszikus kliens/szerver kommunikációt jelent, és TCP/IP-kommunikáció használata esetén az átvitel visszaigazolt is, így biztos lehet benne, hogy az adat megérkezett a célhoz.

Az LTE az IoT laikus szemszögéből érdekesebb, de fontos megjegyezni az LTE-szabványok közötti eltéréseket az IoT-kifejezés rövidítéseivel kombinálva. Itt az LTE alatt a TDD és FDD szabványokat értjük, amelyeket 4G-hálózatnak neveznek. Ez a klasszikus mobiltelefon-hálózat. Ugyanazok az előnyei, mint a GPRS-nek, plusz nagy sávszélesség. Ezek a hálózatok valószínűleg a jövőben felváltják a klasszikus GSM/GPRS-t.

Mind a GSM-, mind az LTE-hálózatok ideálisak mobil alkalmazásokhoz, mert mozgás közben is kapcsolatvesztés nélkül képesek automatikusan újraregisztrálni magukat a legerősebb pontra. Ez nagy előny a LoRa, a Sigfox vagy az LTE cat M1 / NB-IoT-vel szemben. Emellett lehetővé teszik, hogy az adatokat bármely IP-címre küldje, vagyis bárhová, és nem kötődik a felhőhöz, így az üzemeltető alkalmazásához sem.

Míg a GSM/GPRS-hálózatok világszerte egységesek (vagy 4 szabvány van, amelyet egyetlen eszköz le tud fedni), az LTE-hálózatoknál a helyzet összetettebb, és gyakran különböző, regionális sáv- és protokollváltozatokkal rendelkező eszközöket kell használni.

LTE cat M1 / NB-IoT

Az NB-IoT (Narrowband, keskeny sávú) az LTE cat M1 részhalmaza. Mindkét hálózat az IP-protokollt használja, ami egyszerűbbé teszi a használatát, mint a LoRa vagy a SigFox esetében.

Az NB-IoT kizárólag IoT-eszközökre készült, ezért nagyon korlátozott az adatsebessége (letöltésnél <250 kbps, feltöltésnél <20 kbps), valamint az átvitt adatmennyiség. A sávszélesség 200 kHz. A kapcsolódási pontok közötti váltás szintén korlátozott, mert amíg az NB-IoT-nek van valamilyen kapcsolata, az adatüzenet elküldésre kerül. Mivel azonban a kommunikáció többnyire UDP/IP, nem visszaigazolt protokollon folyik, az adatok a mobilhálózatban könnyen elvesznek. Ezért az NB-IoT elsősorban olyan helyhez kötött alkalmazásokra alkalmas, amelyeknek rendkívül magas az energiahatékonysági követelménye.

Az LTE cat M1 az NB-IoT-vel ellentétben támogatja a hang LTE-n keresztüli átvitelét (VoLTE), és átviteli sebessége akár 1 MB/s. Emellett a Cat M1 lehetővé teszi az egyik rádiócellából a másikba való váltást, így mobil alkalmazásokra, például telematikára és flottakezelésre is alkalmas. Itt azonban az adatmennyiséget a sávszélességen belül kell tartani, a VoLTE-t pedig inkább hangüzenetekre használják, mint hívásokra.

Ha az LTE-szabványt világszerte különbözőnek tekintjük, az NB-IoT és az LTE cat M1 még összetettebb. Van néhány további szabvány. Szerencsére ez csak a fizikai réteg módosításának kérdése, így a különböző modellek gyártása csak más alkatrész beépítését jelenti, és nem érinti az alkalmazást.

A HW group NB-IoT-n, illetve LTE cat. M1-en alapuló IoT-termékeket is készít, alkalmazásukat az iparban feltételezzük. A technológia nagy előnye mind a szabványos mobilhálózathoz való csatlakozás, ahol stabil működés várható, mind a felhőszolgáltató nélküli duplex kommunikáció. Az ügyfél választhat felhőalkalmazást vagy tárhelyet. Korábbi elterjedésüket különösen a hálózat csekély kivépítettsége és az üzemeltetők átláthatatlan árpolitikája akadályozza.

Melyek a többi technológia, és mik a korlátaik?

LoRa / SigFox

Ez két, egyszerű IoT-alkalmazásokra kifejlesztett kommunikációs interfész.

A SigFox a 868 MHz-es, nem engedélyköteles ISM-sávban működik (az USA-ban 906 MHz), amely engedély nélküli kis hatótávolságú technológiákat fed le, például az otthoni időjárás-állomások, garázskapu-vezérlők, de a wMbus, vezeték nélküli szenzortechnológia részét is. Ez a költségek minimalizálásának igényéhez kapcsolódik. A SigFoxot szándékosan könnyű protokollnak tervezték kis üzenetek átvitelére. Kevesebb adat kisebb energiafogyasztást, így hosszabb akkumulátor-élettartamot jelent. Az adatsebesség 100 vagy 600 bit/s. 12 bájt hasznos adat (plusz némi többletadat) átvitele 2 másodpercig tart.

A LoRa megbízható vezeték nélküli technológia, amely szintén a 868 MHz-es sávot használja, de az adatsebesség 0,25 kbps – 50 kbps között van. A technológia alapeleme a szórt spektrumú moduláció, amely ellenállóvá teszi a LoRát az interferenciával szemben. További előnye a kétirányú kommunikáció és a kapcsolódási pontok közötti váltás képessége. Nagy hátránya a beállítási paraméterek bonyolultsága.

Mindkét esetben az adatátvitel biztonságos. A kódolás az alkalmazási rétegen AES128-cal és többbites hitelesítéssel történik. Mindkét esetben az adásidő is korlátozott (azaz óránként 1% adásidő – mindössze 36 s!), nemcsak az alacsony fogyasztás, hanem a korlátozott sávszélesség miatt is. Mindkét esetben egy üzenet csak néhány tíz bitet (nem bájtot!) tartalmazhat. Ez nagyon rövid üzenettípusok küldését teszi lehetővé (fény, ki, hiba, hőmérséklet-átvitel, de nem összetettebb jelentéseket vagy adatnaplókat).

Ugyanakkor mindkét hálózattípusnál az átviteli megbízhatóság kritériumait más szintre állították, mint a hagyományos Ethernetnél. Míg az Ethernet ma 99,9999 százalékos megbízhatósági kritériumokkal működik, a LoRa és a Sigfox alapértelmezett hibaaránya 5 százalék körüli. Ez az adásidők korlátozásából és abból adódik, hogy a cella adott pillanatban túlterhelt lehet. Az átviteli hibát az eszköz nem javítja, az adatok a következő időszeleten kerülnek újra szétküldésre. Azoknál az alkalmazásoknál, amelyekre mindkét hálózat szánva van, ez a megbízhatósági szint elegendő.

Ezeket az IoT-hálózatokat (az NB-IoT-vel vagy az LTE cat M1-gyel együtt) Low Power WAN (LPWAN) néven is nevezik, hangsúlyozva az alacsony energiafogyasztást, így az elemről és akkumulátorról való táplálhatóságot. Az eszköz hosszú élettartamot (5–10 év) ér el az adatátvitel korlátozásának köszönhetően (pl. naponta egyszer).

Emellett az LPWAN-hálózatok vékony kommunikációs protokollja nem teszi lehetővé az eszközök vagy szenzorok távoli kezelését, diagnosztikáját és beállítását. Minden szenzort a helyszínen kell kezelni, az elemes, olcsó szenzoroknak szinte nincs helyük az üzemi paraméterek módosítására. Ezek a jellemzők a klasszikus Ethernet-alapú hálózatokat nemcsak az ipari és IT-szegmensekben, hanem minden távvezérlési alkalmazásnál is előre sorolják.

Letölthető fájlok