27 марта 2019 / Время работы: 10:00-18:00

Сети нового поколения и IoT: действующие сетевые протоколы и перспективы 5G

Сети нового поколения и IoT: действующие сетевые протоколы и перспективы 5G

Сегодня мир находится на пороге запуска 5G – пятого поколения мобильной связи. Ее появление в разных частях мира позволит ускорить развитие Интернета вещей (IoT). Объединение двух этих технологий способно изменить бизнес, социальную сферу и привести человечество в полностью цифровой мир, в котором все предметы – от уличного фонаря и холодильника до самолета и корабля – будут объединены в одну сеть.

О том, какие беспроводные сети и протоколы уже сейчас используют в системе IoT и какую пользу 5G может принести Интернету вещей в будущем, читайте в статье.

Основные виды беспроводных сетей в мире Интернета вещей

Благодаря технологиям IoT, различные устройства, центры обработки данных и пользователи могут объединяться между собой и передавать от одного другому различную информацию. В глобальном смысле сеть Интернета вещей соединяет в одну систему различные линии связи, сетевые шлюзы, маршрутизаторы и конечные устройства.

Компания J`son & Partners в своем исследовании отмечает, что в зависимости от размера территории, которую охватывает беспроводная сеть, и от некоторых других характеристик различают четыре типа сетей: персональные (PAN), городские (MAN), локальные (LAN) и глобальные (WAN).

Основа любой радиосвязи – это ее протокол. Он регламентирует ее топологию, маршрутизацию, адресацию, порядок доступа узлов к каналу передачи данных, систему защиты и другие показатели.

Рассмотрим разновидности сетей и их протоколы поподробней.

Локальные сети (LAN, Local Area Network). К ним относится традиционный Wi-Fi. Сети такого стандарта совместимы с большинством устройств и массово распространены. Протоколы Wi-Fiпозволяют передавать данные со скоростью от 0,1 Мбит/с до нескольких Гбит/с.

Специально для области Интернета вещей разработали стандарт Wi-Fi HaLow. С его помощью можно передавать сигнал на расстояния до 1 тысячи метров и более.

Сети ближнего радиуса действия

Персональные сети(PAN, PersonalAreaNetworks) фокусируются вокруг человека и объединяют устройства, принадлежавшие одному пользователю. Это могут быть смартфоны, беспроводная гарнитура, персональные компьютеры, ноутбуки и другие аппараты. Такие сети потребляют мало энергии. Радиус покрытия у них составляет 10–30 метров и более.

Чтобы подключать устройства к Интернету вещей, используют протоколы: ZigBee, WirelessHART, Bluetooth, MiWi, Z-Wave.

ZigBee. Такой протокол применяют для недорогих, маломощных беспроводных сетей. Технологию широко используют для контроля и наблюдения, для работы приложений, которые требуют безопасной передачи данных.

Управлением и запуском сети ZigBee занимается координатор. Маршрутизаторы обеспечивают передачу данных. Заключительное звено в цепочке сети – конечные устройства, которые принимают и отправляют информацию. При необходимости они могут переходить в спящий режим, чтобы экономить заряд аккумулятора.

WirelessHART – это сетевая технология, предназначенная для беспроводных устройств. Она функционирует на базе протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol). Такой стандарт применяют для автоматизации процессов в промышленной, медицинской и других сферах.

Bluetooth – одна из самых популярных и востребованных технологий для объединения устройств в одну сеть. В настоящее время ее используют для передачи информации между смартфонами, беспроводной гарнитурой, фитнес-браслетами и другими носимыми девайсами. Bluetooth помогает создавать персональные локальные сети – объединять вокруг одного человека различные устройства.

Bluetooth Low Energy, называемый также Bluetooth Smart – это стандарт, определяющая черта которого – низкое потребление энергии. Он обеспечивает подключение датчиков, сенсоров и других устройств, расположенных на расстоянии 100 и более метров. Сейчас такие сети активно используют в системах умного дома.

Стандарт Bluetooth 5 ориентирован именно на устройства Интернета вещей. Максимальная скорость передачи данных по такой сети составляет 50 Мбит/с, в то время как у версии Bluetooth 4.0 этот показатель равен 30 Мбит/с. Максимальный диапазон у Bluetooth 5 – 200 метров, что в четыре раза больше, чем у версии 4.0.

MiWi. Этот беспроводной протокол используют, чтобы строить недорогие сети, у которых может быть до 1024 узлов. Такой стандарт выгодно применять для дешевых сетевых устройств, у которых ограничен объем памяти. MiWi считается недорогой альтернативой протоколов ZigBee.

Z-Wave. Такую технологию используют, чтобы мониторить состояние окружающей среды, управлять умным домом и коммерческими объектами. Сеть можно применять для того, чтобы обмениваться между устройствами данными небольшого объема.

6LoWPAN. Это ячеистая сеть, которая способна самостоятельно восстанавливаться. Она совместима с любыми сетевыми подключениями и способна устанавливать IP-адресацию между всеми узлами. Такой стандарт используют для умного дома, управления освещением. Его можно применять в системах интеллектуального учета и для других приложений.

Сети большого радиуса действия

Для того, чтобы различные устройства могли объединяться в сеть в разных условиях, например на больших расстояниях, применяют беспроводные системы большого радиуса действия. Это городские/районные и глобальные сети.

Беспроводная технология передачи небольших данных на дальние расстояния называется LPWAN (Low-power Wide-area Network), что в переводе с английского означает ‘энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия’. Такие виды сетей применяют в медицине, в системах умного города. С их помощью следят за работой предприятий, контролируют качество воды, добычу нефти, полезных ископаемых. Также сети такого типа используют как точки доступа для сбора и передачи информации, собранной датчикам, которые объединены в сетевые кластеры.

Сетевой протокол LoRaWAN разработали специалисты компаний Semtech и IBM Research. Его применяют для передачи небольшого объема данных на несколько десятков километров. Он функционирует по беспроводному соединению «звезда»: различные датчики и сенсоры передают информацию на шлюзы, которые перенаправляют эти данные на сервер. Устройства, которые подключены к такой сети, в автономном режиме могут работать до десяти лет.

Narrow-Band IoT. Узкополосной IoT (Narrow-Band IoT, или NB-IoT) разработали специально для межмашинного взаимодействия (М2М). Такой стандарт связи создали, чтобы подключать к цифровым сетям связи разнообразные автономные устройства. Эта технология позволяет различным датчикам и аппаратам тратить меньше энергии, подключать к одной базовой станции десятки или сотни устройств.

NB-IoT можно использовать для ведения учета за потреблением электричества, газа и воды, для систем мониторинга, организации умной городской инфраструктуры, для работы персональных устройств и так далее.

IOT Conference: Seti novogo pokoleniya i IoT: deystvuyuschie setevyie protokolyi i perspektivyi 5G 1

5G и его перспективы для Интернета вещей

Пятое поколение мобильной связи (5G) придет на смену ныне существующим 3G и 4G. Появление 5G принесет с собой ряд нововведений:

  • работа на более высокочастотных диапазонах. Благодаря этому удастся устранить различные помехи в сети, которые искажают передачу данных;
  • использование массивных MIMO (методов пространственного кодирования сигнала). Такая технология подразумевает применение нескольких антенн на приемопередатчиках. Это позволит повысить скорость передачи информации и качество сигналов;
  • network slicing (нарезка сети).Благодаря использованию такой технологии сотовые операторы смогут разворачивать изолированные друг от друга сети. Каждую их них можно будет выделять под определенные нужды (для Интернета вещей, трансляции видео и других целей);
  • D2D (device-to-device). Эта технология позволит находящимся рядом устройствам напрямую обмениваться информацией. Это поможет разгрузить сеть.

Внедрение 5G может положительно сказаться на цифровом мире. В частности, такая сеть позволит повысить скорость передачи данных до 10 Гбит/с и выше. Также появление пятого поколения мобильной связи поможет снизить задержку сигнала до 1 миллисекунды. Сегодня в сетях 4G она составляет 10 миллисекунд, в 3G – 100.

Когда ждать 5G

Сегодня 5G тестируют в разных странах. В России первые испытания такой технологии провели еще в 2016 году. Тогда апробацию сетей осуществляли мобильный оператор «МегаФон» и компания Huawei.

В 2018 году телеком-оператор Verizon в четырех городах США запустил первую в мире коммерческую сеть 5G.

Ожидается, что запуск пятого поколения мобильной связи произойдет в разных странах мира не раньше 2020 года.

В России в четвертом квартале 2020 года намерены завершить реализацию пилотных проектов, которые направлены на внедрение 5Gв пяти ключевых отраслях экономики и в одном городе-миллионнике. Планируется, что в крупных городах страны пятое поколение мобильной связи появится к концу 2021 года.

Какую пользу 5G принесет Интернету вещей

Благодаря сетям пятого поколения одновременно к сотовым вышкам смогут подключаться гораздо больше устройств, чем это возможно сейчас. В компании Recon Analytics подсчитали, что сети 4G обеспечивают одновременное подключение до 2 тысяч устройств. При работе 5G этот показатель может достигнуть 1 млн единиц. Это будет способствовать активному развитию Интернета вещей. То есть к сети можно будет подключать различные устройства, начиная от обычного чайника и заканчивая самолетами и кораблями.

Внедрение 5G позволит внедрять технологии IoT в разные сферы: медицину, промышленность, социальную, финансовую, энергетическую отрасли, сельское хозяйство, в сферы безопасности, развлечений и так далее.

Например, фермеры смогут прикреплять к своим животным датчики, чтобы следить за их перемещением и определять, когда они заболели. Аграрии при помощи сенсоров, установленных в почве, смогут отслеживать, в каком состоянии находится грунт. Производители транспортных средств смогут встраивать в элементы автомобилей чипы, чтобы следить за состоянием деталей.

Маленькая задержка в распространении сигнала позволит использовать технологии Интернета вещей, чтобы управлять беспилотниками или транспортными средствами.

Объединение информации, получаемой из различных устройств, поможет пользователям получать нескончаемый поток данных. Его можно будет использовать в телемедицине, в научных исследованиях, управлении транспортом и так далее. Применение 5G и технологий IoT позволит создать единое информационное пространство, которое будет доступным и понятным для каждого человека.

Итог

5G и Интернет вещей призваны расширить существующий цифровой мир и, как следствие, – оптимизировать и автоматизировать многие процессы. Благодаря этому мир новых технологий основательней войдет в повседневную жизнь большинства людей. Это поможет повысить эффективность производства, расширить информационные границы и в целом повысить качество жизни населения.


Узнайте больше о 5G в России на VI международном форуме «Интернет вещей»,
который пройдет в Москве 27 марта.

Купить билет

Назад
Другие новости
Следите за новостями