“Het ”Internet of Everything’ is niet langer slechts een fantasie. Tegenwoordig is het Internet of Things al gedeeltelijk gerealiseerd in tal van praktische toepassingsscenario’s, zoals slim vervoer, slimme gebouwen, slimme landbouw, industriële automatisering, enzovoort. Het Internet of Things is het vakgebied met de beste marktvooruitzichten voor de komende tien jaar, en de bijbehorende draadloze communicatietechnologieën komen geleidelijk aan in opkomst.
Van de communicatietechnologieën die het Internet of Things mogelijk maken, zijn GPRS, wifi, Bluetooth, ZigBee, NFC enz. de meest gebruikte draadloze technologieën. Daarnaast zijn er tal van draadloze technologieën die onopvallend hun werk doen in de scenario’s waarvoor ze geschikt zijn en een onmisbare rol spelen. In dit artikel worden tien veelgebruikte draadloze IoT-communicatietechnologieën geïntroduceerd, zodat u inzicht krijgt in de echte IoT-sector.
Voordelen, nadelen en toepassingsscenario’s van de tien belangrijkste communicatietechnologieën van het internet der dingen
1. Bluetooth
Bluetooth is een draadloze technologie een standaard die gegevensuitwisseling over korte afstand mogelijk maakt tussen vaste apparaten, mobiele apparaten en het opzetten van persoonlijke netwerken. Met Bluetooth kunnen meerdere apparaten met elkaar worden verbonden en wordt het probleem van gegevenssynchronisatie opgelost. De Bluetooth-technologie werd oorspronkelijk in 1994 ontwikkeld door telecommunicatiegigant Ericsson. Tegenwoordig wordt Bluetooth beheerd door de Bluetooth Technology Alliance, die wereldwijd meer dan 25.000 aangesloten bedrijven telt, verspreid over diverse sectoren zoals telecommunicatie, computers, netwerken en consumentenelektronica.
Kenmerken van de Bluetooth-technologie zijn onder meer het gebruik van frequentiespringtechnologie om signaalverzwakking tegen te gaan; snelle frequentiesprongen en korte pakketten kunnen interferentie binnen hetzelfde kanaal verminderen en de betrouwbaarheid van de overdracht waarborgen; coderingstechnologie met voorwaartse foutcorrectie kan de invloed van willekeurige ruis tijdens transmissie over lange afstanden verminderen; het gebruik van FM-modulatie om de complexiteit van apparatuur te verminderen, enz. De kernspecificatie van Bluetooth is daarbij het bieden van twee of meer piconet-verbindingen om een gedistribueerd netwerk te vormen, waardoor specifieke apparaten tegelijkertijd automatisch de rollen van master en slave in deze piconets kunnen vervullen. Het Bluetooth-masterapparaat kan communiceren met maximaal zeven apparaten in een micronet. De apparaten kunnen via protocollen van rol wisselen, en het slave-apparaat kan ook worden omgezet in het masterapparaat.
2. ZigBee
In tegenstelling tot Bluetooth-technologie is ZigBee-technologie een draadloze communicatietechnologie voor korte afstanden, met een laag stroomverbruik en lage kosten. Het is een draadloos netwerkprotocol voor overdracht met lage snelheid over korte afstanden. De naam is afgeleid van de achtvormige dans van bijen, omdat bijen de “dans” van vliegen en zigzaggende vleugels (bee) gebruiken om de locatie van stuifmeel aan hun soortgenoten door te geven. Met andere woorden: bijen gebruiken deze methode om het communicatienetwerk binnen de groep te vormen.
ZigBee wordt gekenmerkt door een kort bereik, lage complexiteit, zelforganisatie, een laag stroomverbruik en een lage gegevenssnelheid. Het ZigBee-protocol is van onder naar boven onderverdeeld in de fysieke laag, de media-toegangslaag, de transportlaag, de netwerklaag, de applicatielaag, enz. De fysieke laag en de laag voor mediatoegangscontrole volgen daarbij de bepalingen van de IEEE 802.15.4-standaard. ZigBee-technologie is geschikt voor automatische besturing en afstandsbediening en kan in diverse apparaten worden geïntegreerd.
3. Wi-Fi
Wi-Fi is niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Bijna alle openbare ruimtes in grote steden zijn voorzien van draadloze netwerken. Dit komt door de lage kosten en de transmissie-eigenschappen ervan. Wi-Fi is een technologie waarmee elektronische apparaten verbinding kunnen maken met een draadloos LAN, meestal via de 2,4 GHz UHF- of 5 GHz SHF ISM-radiofrequentieband. Verbindingen met draadloze LAN's zijn doorgaans beveiligd met een wachtwoord, maar kunnen ook open zijn, waardoor elk apparaat binnen het bereik van het WLAN verbinding kan maken.
Aangezien voor de frequentiebanden van draadloze netwerken wereldwijd geen vergunning van een telecommunicatie-exploitant vereist is, bieden WLAN-apparaten een draadloze luchtinterface met uiterst lage kosten en een extreem hoge gegevensbandbreedte die wereldwijd kan worden gebruikt. Gebruikers kunnen binnen het Wi-Fi-bereik snel op het internet surfen en altijd en overal telefoongesprekken voeren of beantwoorden. Met de Wi-Fi-functie kunnen we interlokale gesprekken voeren, op het internet surfen, e-mails verzenden en ontvangen, muziek downloaden, digitale foto’s overzetten, enzovoort, zonder ons zorgen te hoeven maken over trage snelheden of hoge kosten.
Draadloze netwerken worden steeds vaker gebruikt in draagbare apparaten, en smartphones zijn daar een voorbeeld van. In tegenstelling tot de Bluetooth-technologie die voorheen op mobiele telefoons werd gebruikt, biedt wifi een groter bereik en hogere overdrachtssnelheden, waardoor wifi-mobiele telefoons in 2010 een modetrend zijn geworden in de sector van de mobiele communicatie.
4. LiFi
LiFi wordt ook wel draadloze communicatie via zichtbaar licht genoemd. Het is een nieuwe technologie voor draadloze gegevensoverdracht die gebruikmaakt van het spectrum van zichtbaar licht. Het is uitgevonden door professor Harald Haas, voorzitter van de afdeling Mobiele Communicatie aan de School of Electronics and Communications van de Universiteit van Edinburgh in het Verenigd Koninkrijk en een Duitse natuurkundige. LiFi maakt gebruik van reeds geïnstalleerde apparatuur om een apparaat te vormen dat vergelijkbaar is met een wifi-hotspot door een minuscule chip in de gloeilamp in te bouwen, waardoor terminals op elk moment toegang hebben tot het netwerk.
Het belangrijkste kenmerk van deze technologie is dat er gegevens worden verzonden door de knipperfrequentie van de verlichting in de ruimte aan te passen. Zolang de verlichting binnenshuis aanstaat, is er toegang tot internet zonder wifi. Deze technologie biedt ruime toepassingsmogelijkheden voor slimme huizen in de toekomst.
5. GPRS
We kunnen stellen dat we zeer goed bekend zijn met GPRS. Het is een mobiele datadienst die beschikbaar is voor gebruikers van GSM-mobiele telefoons en behoort tot de technologie voor gegevensoverdracht van de tweede generatie mobiele communicatie. GPRS kan worden gezien als de voortzetting van GSM. GPRS verschilt van de eerdere methode van continue kanaaloverdracht; de gegevens worden in pakketten verzonden. Daarom worden de kosten voor de gebruiker berekend op basis van de hoeveelheid verzonden data, in plaats van op basis van het gebruik van het volledige kanaal. In theorie is dit goedkoper.
GPRS is een technologie die tussen 2G en 3G in zit, ook wel bekend als 2,5G. Het legt de basis voor een soepele overgang van GSM naar 3G. Met de ontwikkeling van mobiele communicatietechnologie zijn 3G-, 4G- en 5G-technologieën ontstaan, en is GPRS geleidelijk aan door deze technologieën vervangen.
6. Z-Wave
Z-Wave is een opkomende, op radiofrequentie gebaseerde, goedkope, energiezuinige en uiterst betrouwbare technologie voor draadloze communicatie over korte afstanden, die geschikt is voor netwerken. Het betreft een specificatie voor draadloze netwerken onder leiding van het Deense bedrijf Zensys. De werkfrequentieband ligt tussen 908,42 MHz (Verenigde Staten) en 868,42 MHz (Europa), waarbij gebruik wordt gemaakt van de FSK-modulatiemethode (BFSK/GFSK), en de gegevensoverdrachtssnelheid bedraagt 9,6 kbps, wat geschikt is voor smalbandtoepassingen.
Naarmate de communicatieafstand toeneemt, stijgen de complexiteit, het stroomverbruik en de systeemkosten van het apparaat. In vergelijking met diverse bestaande draadloze communicatietechnologieën zal de Z-Wave-technologie de technologie met het laagste stroomverbruik en de laagste kosten zijn, waardoor draadloze persoonlijke netwerken met lage gegevensoverdrachtssnelheden effectief worden aangestuurd.
7. RF 433
RF 433 wordt ook wel een draadloze zendontvangermodule genoemd. Deze maakt gebruik van radiofrequentietechnologie en bestaat uit één enkele IC-radiofrequentie-front-end, vervaardigd met volledig digitale technologie, en de AVR-microcontroller van ATMEL. Het is een microzendontvanger die gegevenssignalen met hoge snelheid kan verzenden. De draadloos verzonden gegevens worden verpakt en op fouten gecontroleerd. ﹑Foutcorrectieverwerking.
Het toepassingsgebied van de RF 433-technologie omvat draadloze kassa’s, PDA’s en andere draadloze slimme terminals, beveiliging, draadloze bewaking van apparatuur in computerruimtes en toegangscontrolesystemen. Daarnaast omvat het ook transport, meteorologie, het verzamelen van milieugegevens, slimme gemeenschappen, gebouwautomatisering, PLC, logistieke tracking, magazijninspectie en andere gebieden.
8. NFC
NFC is een opkomende technologie. Apparaten die gebruikmaken van NFC-technologie kunnen gegevens uitwisselen wanneer ze dicht bij elkaar zijn. Deze technologie is voortgekomen uit de integratie van contactloze radiofrequentie-identificatie (RFID) en interconnectietechnologie. Door de functies van proximity-kaartlezers, proximity-kaarten en punt-tot-puntcommunicatie op één chip te integreren, kunnen mobiele terminals worden gebruikt voor mobiele betalingen, toegangscontrole, identiteitsherkenning en andere toepassingen.
NFC-technologie (Near Field Communication) maakt tal van functies mogelijk, zoals elektronisch betalen, identiteitsverificatie, ticketverkoop, gegevensuitwisseling, bescherming tegen vervalsing, reclame, enzovoort. Deze technologie verandert de manier waarop gebruikers hun mobiele telefoons gebruiken en zorgt ervoor dat het consumptiegedrag van gebruikers geleidelijk aan steeds meer digitaal wordt.
9. UWB
UWB is een draaggolfvrije communicatietechnologie die gebruikmaakt van niet-sinusvormige, smalle pulsen met een duur van nanoseconden tot microseconden om gegevens te verzenden. In het begin werd UWB gebruikt voor snelle gegevensoverdracht over korte afstanden. De laatste jaren zijn andere landen begonnen de ultrasmalle pulsen van minder dan een nanoseconde te gebruiken voor nauwkeurige positiebepaling binnenshuis over korte afstanden.
In tegenstelling tot traditionele draadloze systemen zoals Bluetooth en WLAN, die een relatief smalle bandbreedte hebben, zendt UWB een reeks zeer smalle pulsen met een laag vermogen uit over een brede frequentieband. Dankzij het bredere spectrum, het lagere vermogen en de gepulseerde gegevens veroorzaakt UWB minder storing dan traditionele smalbandige draadloze oplossingen en kan het in draadloze binnenomgevingen prestaties leveren die vergelijkbaar zijn met die van bekabelde verbindingen.
10. Modbus
Modbus is een serieel communicatieprotocol in 1979 door Modicon Corporation (tegenwoordig Schneider Electric) geïntroduceerd voor communicatie via programmeerbare logische controllers. Modbus is uitgegroeid tot de industriestandaard voor communicatieprotocollen in de industriële sector en is tegenwoordig een veelgebruikte verbindingsmethode tussen industriële elektronische apparatuur.
Het Modbus-protocol is een protocol met een master/slave-architectuur. Er is één master-knooppunt, en de overige knooppunten die via het Modbus-protocol communiceren, zijn slave-knooppunten. Elk slave-apparaat heeft een uniek adres. In seriële en MB-netwerken kan alleen het knooppunt dat als master is aangewezen een commando initiëren.
Er zijn veel modems en gateways die het Modbus-protocol ondersteunen. Omdat het Modbus-protocol eenvoudig en gemakkelijk te repliceren is, zijn sommige daarvan speciaal voor dit protocol ontworpen, maar ontwerpers moeten wel een aantal problemen overwinnen, waaronder hoge latentie en timing.
“Een wortel en een pit”, waarbij hun voordelen op hun respectieve toepassingsgebieden ten volle worden benut
Draadloze communicatietechnologie vormt de basis voor de realisatie van het internet der dingen en industriële automatisering in de toekomst. Naarmate draadloze toepassingen zich verder ontwikkelen, zullen er steeds meer verschillende technologieën en apparaten bijkomen, die in toenemende mate afhankelijk zullen worden van draadloze communicatietechnologie.
Zoals hierboven vermeld, heeft elk van de tien belangrijkste draadloze communicatietechnologieën zijn eigen voor- en nadelen en wordt het ook beperkt door zijn eigen toepassingsscenario’s. Zo biedt de Z-Wave-technologie bijvoorbeeld onvervangbare voordelen bij de besturing van woningen en commerciële verlichting en bij toepassingen voor het uitlezen van statussen; Bluetooth en Wi-Fi hebben duidelijke kenmerken op het gebied van kosten en transmissie, wat grote voordelen biedt in veelvoorkomende netwerkscenario’s zoals winkelcentra, het openbaar vervoer en andere locaties; de technische kenmerken van Modbus bepalen dat het voorbestemd is om de eerste keuze te zijn voor communicatie in de industriële sector, en zijn positie is onvervangbaar.
Om het echte Internet of Things te realiseren, zullen deze technologische allianties en hun medewerkers in de toekomst moeten samenwerken en elkaar moeten ondersteunen om het enorme wereldwijde Internet of Things-netwerk te ondersteunen.
