Использование шлюза - Виды взаимодействия в Интернете вещей
В Интернете вещей шлюз используется не только для прямой связи интернет-вещей с пользователем, но и при использовании централизованного сервера. Шлюзы служат средством для объединения локальных сетей интернет-вещей с глобальной сетью и связью с сервером управления или конечным пользователем. Поскольку локальные сети интернет-вещей представляют собой в основном беспроводные сенсорные сети, то шлюзы, используемые в Интернете вещей, аналогичны используемым в территориально-распределенных сенсорных сетях. Существует несколько способов организации шлюзов.
Первый способ заключается в использовании компьютеров, которые имеют точку доступа к глобальной сети Интернет, и каждая из объединяемых сетей подключена к такому компьютеру. Основными недостатками такого подхода являются стоимость и громоздкость. Сенсорные сети состоят из миниатюрных датчиков и должны работать автономно, однако территориально-распределенная сенсорная сеть при таком подходе теряет свойство автономности, поскольку теперь она зависит от наличия электричества и точки доступа в Интернет на компьютере.
Второй способ заключается в использовании устройства-шлюза, позволяющего соединить сенсорную сеть с ближайшей проводной сетью, имеющей выход в Интернет. Такой проводной сетью, как правило, является Ethernet-сеть. Устройство имеет в себе приемопередатчик, совместимый с объединяемой сенсорной сетью, порт для подключения к сети Ethernet и микроконтроллер, выполняющий функции преобразования пакетов одной сети в формат другой. Такой способ отличается меньшей стоимостью, чем первый и размер такого устройства небольшой, но оно нуждается в относительно высоком энергопотреблении из-за того, что стандартные проводные сети не рассчитаны на низкий уровень сигнала и потребления энергии. Также такое устройство не может гарантировать наличие точки доступа в ближайшей проводной сети.
Третий способ заключается в использовании устройства-шлюза, которое является полностью автономным и само предоставляет точку доступа к сети Интернет. Это возможно при использовании беспроводных технологий передачи данных. Устройство состоит из одного приемопередатчика, совместимого с сенсорной сетью и второго - совместимого с той или иной глобальной беспроводной сетью, в область действия которой попадает сенсорная сеть. Такими сетями могут служить GSM или WiMAX. Использование сети GSM является более экономичным в плане энергопотребления.
Существуют также шлюзы, предоставляющие доступ сенсорным сетям к ближайшим сетям Wi-Fi для поиска точки доступа к сети Интернет.
Таким образом, если необходимо организовать полностью автономную территориально-распределенную сенсорную сеть, то следует использовать третий способ. Если же сенсорная сеть используется как часть какой-либо крупной проводной сети, то нет необходимости в ее полной автономности и возможно использование первых двух способов.
Рисунок 2. Шлюз в территориально-распределенных сенсорных сетях
Чаще всего в Интернете вещей используется третий способ - шлюз, имеющий аппаратно-программные средства для работы в сетях ZigBee и GSM, а также имеющий возможность использования GPRS/EDGE канала для доступа в сеть Internet. В силу данной особенности и того, что локальные сети интернет-вещей обычно основаны на стеке протоколов ZigBee, наиболее часто используемым устройством является ZigBee-GSMшлюз.
ZigBee-GSM шлюз представляет из себя систему, состоящую из двух основных частей: узел сети ZigBee и узел сети GSM, соединенных последовательным интерфейсом UART. В качестве узлов этих сетей могут выступать встраиваемые модули. Такие модули разрабатываются различными компаниями, такими как Jennic, Digi для сетей ZigBee и Siemens, SierraWireless для сетей GSM. Встраиваемые модули выпускаются для конструкторских разработок, для создания автоматизированных систем и аппаратно-программных комплексов на их основе.
Ниже представлена упрощенная общая схема ZigBee-GSMшлюза.
Рисунок 3. Функциональная схема ZigBee-GSMшлюза
В настоящее время шлюзы в сенсорных сетях активно используются для интеграции и совместной работы различных технологий. За последние 4 года различными компаниями были разработаны всевозможные варианты шлюзов для сенсорных сетей, объединяющих в себе все современные беспроводные технологии, такие как Wi-Fi, WiMAX, GSM/GPRS, Bluetooth, GPS.
Современная тенденция в разработке шлюзов для сенсорных сетей направлена в первую очередь на использование новейших беспроводных технологий и интеграцию их в одном устройстве. Однако для интернет-вещей сохраняется приоритет в таких критериях, как стоимость и энергопотребление. Поэтому шлюзы должны им соответствовать и иметь не слишком сложную и дорогую конструкцию.
Говоря об энергопотреблении приемопередающих устройств можно сказать, что операция передачи данных на сервер состоит из следующих этапов:
Накопление информации;
Включение или выход из режима сна GSM/GPRS модуля;
Установка соединения с сервером;
Передача информации;
Переход в спящий режим или выключение.
Был проведен ряд исследований, где установлено, что GSM/GPRS устройства тратят от нескольких до десятков секунд на установление связи с сетью, а также, в случае использования TCP/IP стека, на получение IP-адреса и установление соединения с сервером. Соответственно, если необходимо использовать спящий режим, то время сна и накопления информации нужно взять сравнительно больше, чем время соединения устройства с сервером.
На кафедре вычислительных систем и сетей в лаборатории WiSeNetLabбыл разработан ZigBee-GSMшлюз, максимально удовлетворяющий критериям стоимости и энергопотребления. Это было достигнуто путем подбора компонентов для разрабатываемого устройства, в том числе и основных модулей, выбирая их по данным критериям. Была также разработана математическая модель энергопотребления ZigBee-GSMшлюза, позволяющая сконфигурировать его в соответствии с любыми требованиями к потреблению энергии.
Похожие статьи
-
Способы взаимодействия в Интернете вещей - Виды взаимодействия в Интернете вещей
В настоящий момент можно выделить 3 основных способа взаимодействия с интернет-вещами: Прямой доступ, Доступ через шлюз, Доступ через сервер. В случае...
-
Введение - Виды взаимодействия в Интернете вещей
Интернет вещь протокол виджет В настоящее время активно развивается такое направление в области информационных технологий, как "Интернет вещей" -...
-
Для определения наиболее актуальных функциональных требований необходимо полностью рассмотреть предлагаемые в научном сообществе решения по...
-
Разработка интеграционных платформ началась одновременно с исследованием и развитием Интернета Вещей. Это происходило по той причине, что сама концепция...
-
Домашнее использование чаще всего представляет из себя набор сенсоров, собирающих информацию об индивидах, которые напрямую владеют этой сетью. Это могут...
-
История и основные парадигмы Следующий виток развития информационных технологий находится вне области настольных компьютеров. В парадигме Интернета Вещей...
-
С эксплуатационной точки зрения удобно рассматривать то, как устройства в IoT соединяются и "общаются" друг с другом, говоря о технических моделях...
-
Предметная область IoT (Интернет вещей) - это сеть физических объектов - устройств, транспортных средств, зданий и других вещей со встроенной...
-
IoT Hub новый сервис, предоставляемый в рамках набора сервисов Azure. Этот сервис предоставляет двустороннее взаимодействие между устройствами и облачной...
-
Несмотря на то, что к IoT Hub можно подключиться напрямую, используя протоколы HTTP или AMQP), Microsoft также предоставляет разные SDK для разных языков...
-
В программе присутствуют следующие основные модули: - PlatformManager - DeviceManager - ScenariosManager - ScenarioEngine - ExportManager - ImportManager...
-
При начале разработки после выбора технологического стэка необходимо определить сущности, с набором свойств, которые будут использоваться при дальнейшей...
-
С целью выбора платформы для внедрения программного модуля необходимо сравнить интеграционные платформы Интернета вещей с помощью определенных критериев....
-
Проблема безопасности С подключением все большего количества устройств к интернету возникает больше возможных уязвимостей с точки зрения безопасности....
-
В рамках работы над разработкой модуля программируемых сценариев взаимодействия была подробно изучена и описана предметная область Интернета Вещей, ее...
-
На текущий момент AMQP 1.0 официально поддерживается всеми сервисами Azure, которые являются частью шлюза соединения. Microsoft сориентировался на этом...
-
Одним из самых важных начальных этапов при разработке ПО является выбор технологического стека, с помощью которого будет происходить разработка продукта....
-
Срок морального старения продуктов и решений в области информационных технологий, как правило, составляет 3 -- 5 лет. По прошествии этого срока...
-
Основным, с точки зрения пользователя, является прикладной уровень. Этот уровень обеспечивает выполнение прикладных процессов пользователей. Наряду с...
-
Особенности использования мобильных устройств в образовании Термин "мобильное обучение" (м-обучение) mobile learning (m-learning) относится к...
-
Для реализации вышеописанных пользовательских историй опишем функциональные требования, на которые будет опираться процесс разработки. Во-первых, самый...
-
Соединение устройств и IoT Hub основано на TLS (Transport Layer Securiy, безопасность транспортного уровня). Таким образом все сообщения, посылаемые по...
-
Разработка требований к программному модулю При разработке программного модуля следует опираться на требования и спецификации, определенные для...
-
Конфиденциальность очень важна для некоторых организаций, так как то, что обычно считается безобидной информацией, может на самом деле содержать полезные...
-
Кабели - Использование компьютерных сетей
Данные по кабелю передаются в виде пакетов, пересылающихся с одного сетевого устройства на другое. Существует несколько типов кабелей, каждый из которых...
-
Наиболее распространенная форма - ЭВМ. Раньше чаще использовались вычислительные центры (ВЦ). Вычислительный центр - организуется и специализируется на...
-
В деятельности крупных фирм (в особенности транснациональных корпораций, представляющих собой комплексы большого числа взаимосвязанных и...
-
Фирма ООО "Стройдизайн" осуществляет деятельность, связанную с выполнением работ по ремонту помещений. Прайс-лист на выполняемые работы приведен в...
-
Система IP-адресации. - Использование компьютерных сетей
Для организации всемирной сети нужна хорошая система адресации, которая будет использоваться для направления информации всем адресатам. Союз Internet...
-
Технологии с кольцевой архитектурой - Использование компьютерных сетей
Технологии Token Ring и FDDI используются для создания эстафетных сетей с маркерным доступом. Они образуют непрерывное кольцо, в котором в одном...
-
Как отмечалось ранее, единственным базовым протоколом семейства TCP/IP, в котором изначально предусмотрена функция обеспечения безопасности соединения и...
-
Существуют различные методы формирования и дальнейшего представления пользовательских требований в визуальном или текстовом виде. Проанализировав...
-
В организации ООО "Дружба" имеется различное оборудование. Оно подразделяется на офисную оргтехнику и профессиональное оборудование в цехе. Офис оснащен...
-
Основные понятия баз данных. Цели использования баз данных - Разработка базы данных
В широком смысле слова база данных (БД) - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Для удобной...
-
Использование облачных технологий в образовании Как пример использования облачных технологий в образовании, можно назвать электронные дневники и журналы,...
-
Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное,...
-
Для написания АИС использовались следующие языки программирования, программные средства и библиотеки: - Язык программирования PHP 5.4; -...
-
Excel программирование статистический Статистические функции Применение статистических функций облегчает пользователю статистический анализ данных. Целый...
-
Необходимо отметить специальный класс приложений - систем поддержки принятия решений, позволяющие моделировать правила и стратегии бизнеса и иметь...
-
Виды подключения к сети Интернет. - Использование компьютерных сетей
Доступ к Internet можно получить , устанавливая соединение с провайдером услуг Internet (Internet Service Provider). Провайдер выступает в качестве...
Использование шлюза - Виды взаимодействия в Интернете вещей