Topologia stea

Într-o topologie în stea, dispozitivele sunt organizate în jurul nodului central cunoscut sub numele de gateway sau hub. Cu conexiunea node-to-hub, topologia stea funcționează eficient, de exemplu, în rețele liniare. Deoarece punctele terminale funcționează independent unele de altele, dacă un dispozitiv se defectează sau un cablu este deconectat, restul rețelei rămâne neafectat.

Cu toate acestea, toate comunicațiile depind de un singur dispozitiv – gateway-ul. Pentru a evita această vulnerabilitate, operatorii de sistem instalează mai multe stații de bază pentru a crea redundanța (un nod are întotdeauna acces la mai multe gateway-uri).

Chiar dacă gateway-urile pot fi costisitoare, rețelele de tip stea necesită în mod normal doar câteva, ceea ce înseamnă că implementarea ar putea fi mai rentabilă. Cu toate acestea, există uneori situații când, din cauza infrastructurii, densității și a geografiei terenului, pot crește numărul de stații de bază necesare pentru acoperirea ideală a semnalului.

Topologia mesh

O rețea mesh funcționează prin trimiterea de date de-a lungul celei mai rapide rute de la un dispozitiv (nod) la altul, deoarece toate dispozitivele sunt conectate fie direct, fie indirect. Un nod servește atât ca punct final care captează și transmite propriile date, cât și ca un repetor care transmite date de la alte noduri.

Cu conexiunea de la dispozitiv la dispozitiv, rețelele MESH pot avea o natură de auto-vindecare. Nodurile de control al luminii pot comuta cu ușurință prin topologia rețelei, de la un router la altul, creând mai multe rute pentru ca datele să circule în cazul în care un dispozitiv se defectează. Cu mai multe dispozitive, rețeaua devine mai robustă și mai sigură (având ca punct mai slab arhitecturile liniare, unde cerințele de redundanță nu sunt întotdeauna îndeplinite). Cu toate acestea, rata de biți este de obicei destul de mare, ceea ce o face potrivită pentru diverse infrastructuri (chiar și cu rate mai mari de transmisie a datelor, cum ar fi aplicațiile video). Tehnologiile mesh sunt cele mai potrivite pentru configurațiile de iluminat adaptativ.

Rețele celulare: pot avea rază și penetrare nelimitată, în funcție de acoperirea operatorilor de rețele mobile, sunt aproape omniprezente și pot include un număr nelimitat de dispozitive. Cu toate acestea, confortul omniprezenței vine cu o taxă pe consumul de energie și prețul conectivității.

Într-o rețea celulară, comunicarea de date bidirecțională are loc între luminile stradale și CMS. Fiecare lampă publică este conectată la o rețea celulară publică a unui operator, fiecare dispozitiv comunicând prin rețea, dar rareori direct unul cu celălalt.

Rețele cu rază lungă de acțiune: pot acoperi până la 3-15 kilometri și pot conecta până la 5000 de dispozitive la un singur gateway (în contextul controlului iluminatului stradal). Pentru a se conforma cerințelor IoT, acestea funcționează în mod obișnuit pe rază lungă și putere redusă, motiv pentru care sunt numite rețele de arie largă de putere redusă (LPWAN).

LPWAN-urile sunt preferate de furnizorii de soluții atunci când proiectează sisteme IoT sau orașe inteligente, deoarece sunt bine adaptate nevoilor specifice de comunicare machine-to-machine (M2M). Aceste rețele sunt potrivite pentru cazurile de utilizare care necesită ca dispozitivele să trimită periodic cantități mici de date prin rețele care se întind pe distanțe foarte lungi și nu au o sursă de alimentare sigură pentru reîncărcare. Rețelele LPWA pot permite dispozitivelor IoT să funcționeze fiabil până la 10 ani cu o singură baterie.

LPWAN poate fi folosită pentru a crea o rețea privată de dispozitive fără fir (necesită o planificare radio atentă), dar poate fi și un serviciu sau o infrastructură oferită de o terță parte, permițând proprietarilor de senzori să le implementeze pe teren fără a investi în tehnologia gateway-ului.

Rețelele cu rază scurtă de acțiune: cum ar fi rețeaua radio mesh sau WiFi au o distanță maximă de la nod la nod de 200-300 de metri și pot cuprinde aproximativ 200 de dispozitive. Fiabilitatea rețelei crește cu cât sunt instalate mai multe noduri. Lămpile stradale se află la aproximativ 50 de metri una față de cealaltă.

Într-o rețea mesh, luminile stradale adiacente pot comunica între ele prin noduri de rețea. Informațiile adunate de la noduri sunt apoi trimise către software-ul de iluminat public inteligent prin gateway, folosind o conexiune celulară fără fir sau o conexiune prin cablu prin Ethernet LAN sau fibră.

Fiabilitate

Rețelele celulare sunt extrem de fiabile. Operatorii de rețea au deja experiența mai multor generații de tehnologie standardizată dovedită de-a lungul anilor de operațiuni cu multe tipuri diferite de dispozitive conectate (calitate de operator).

Rețelele RF mesh și LPWAN, deși sunt în general fiabile, au tendința de a primi trafic din abundență care poate afecta performanța și poate încetini rețeaua. Cu toate acestea, există modalități de a depăși aceste dezavantaje și de a îmbunătăți fiabilitatea rețelei. Rețelele MESH, de exemplu, nu numai că au capacitatea de a se auto vindeca, dar devin și mai fiabile cu o densitate mai mare a nodurilor. În mod similar, fiabilitatea LPWAN poate fi crescută prin crearea unei redundanțe de comunicare între noduri și gateway-uri (cu cât mai multe gateway-uri, cu atât mai bine). Merită menționat că, chiar și cu o planificare redundantă a gateway-urilor, se poate lua în considerare o rază de 1 km fără vizibilitate directă.

Întreținere rețelei

În ceea ce privește întreținerea, rețelele private necesită o echipă tehnică desemnată, care ar trebui luată în considerare la calcularea costurilor de implementare. Rețelele celulare și alte rețele publice, pe de altă parte, sunt deținute de un operator de rețea care este responsabil să asigure o rețea pe deplin funcțională în orice moment. Prin urmare, în cazul rețelelor publice, întreținerea este inclusă în costurile abonamentului.

Proprietatea

O rețea privată este construită special pentru nevoile utilizatorului. Dacă utilizatorul este un oraș, de exemplu, rețeaua poate servi ca platformă de comunicație nu doar pentru iluminatul public, ci și pentru o gamă largă de aplicații pentru orașe inteligente. Atunci când rețeaua este utilizată în scopuri multiple, devine fezabilă instalarea unui număr mare de noduri, deoarece costurile de operare scad și devin mai mici decât cheltuielile de întreținere.

O rețea publică, în schimb, nu are costuri de întreținere, este omogenă și nu necesită planificare radio. Cu toate acestea, orice aplicație cu cerințe de comunicare mai complexe (mai frecvente, debit de transmisie mai mare, mesaje mai lungi) va implica un cost suplimentar din partea operatorului de rețea care poate duce la costuri de operare mai mari.

Timpul de depanare poate crește și el. Când dețineți rețeaua, rezolvarea oricăror probleme depinde de promptitudinea și pregătirea dvs. Cu toate acestea, atunci când utilizați o rețea publică, în cazul oricărei defecțiuni, va trebui să așteptați mai mult pentru a afla mai multe despre sursa problemei și despre timpul de rezolvare așteptat.

Comunicare în timp real

Unele aplicații necesită executarea comenzilor de îndată ce sunt trimise din CMS. Rețelele celulare sunt candidate excelente pentru comunicarea constantă, instantanee, unde mesajele mai mari ajung la destinația finală imediat după trimitere. În funcție de frecvența de comunicare și dimensiunea mesajelor, costurile operatorului de rețea pot crește semnificativ.

Cu toate acestea, oriunde nu este nevoie ca tehnologia de comunicare să transmită instantaneu o comandă (pentru iluminatul public, de exemplu), pot fi stabilite programe în care sunt luate în considerare întârzierile. În acest caz, mesajele sunt mai puțin frecvente și costurile operatorilor sunt diminuate.

Costuri

Când vine vorba de cheltuieli, există întotdeauna un compromis între costurile de operare. Acestea sunt influențate, așa cum am menționat anterior, de tipul de rețea, proprietatea asupra frecvențelor, cerințele de comunicare ale utilizatorului, dimensiunea proiectului, disponibilitatea forței de muncă și așa mai departe.

De regulă, conectivitatea celulară oferă cel mai ușor și mai integrant serviciu (se numește calitate de operator dintr-un motiv), dar este și cel mai scump. Pentru proiecte foarte mari, este posibil să se negocieze prețuri de conectivitate similare cu cele ale tehnologiilor care utilizează frecvență fără licență.

În timp ce standardele deschise care utilizează frecvențe fără licență necesită mai multă întreținere și atenție din partea proprietarului rețelei, acestea oferă cea mai mare flexibilitate, deoarece aceeași rețea poate fi folosită pentru a servi nenumărate aplicații (existente sau în curs de dezvoltare).

Soluția cea mai rentabilă trebuie calculată ținând cont de amploarea, dimensiunea și complexitatea fiecărui proiect – nu există un răspuns corect.

Securitate

Tehnologiile celulare vin cu o securitate sporită, deoarece sunt sub responsabilitatea operatorilor de rețea profesioniști. Aceștia iau măsuri pentru a le asigura consumatorilor accesul la cel mai sigur și mai fiabil serviciu de comunicare prin:

• protejarea infrastructurii rețelei
• promovarea parteneriatului public-privat pentru a minimiza riscul de atacurilor informatice
• explicând de ce sunt responsabili operatorii de infrastructură

Rețelele private beneficiază, de asemenea, de securitate sporită, deoarece sunt gestionate de o entitate singulară care are control exclusiv asupra datelor. Aceste rețele funcționează ca un circuit închis, cu acces limitat și nu trebuie să fie conectate la internet, ceea ce le face mai puțin predispuse la intervenții rău intenționate.

Tehnologii de comunicare celulară

Pentru că poate fi considerat omniprezent, cu o penetrare excelentă indiferent de densitatea urbană, comunicația celulară poate fi folosită în aproape orice proiect, dar este o alegere foarte bună mai ales în orașele mari sau în alte locuri greu accesibile (cum ar fi tunelurile). Folosit adesea în combinație cu alte tehnologii de comunicare, punctul forte (acoperirea operatorului) este, de asemenea, un punct slab, deoarece nu poate fi utilizat în zone îndepărtate, neacoperite. Rețelele celulare sunt potrivite pentru comenzi mai frecvente și comunicare mai rapidă. LTE-M este un standard tehnologic LPWA (low power wide area) publicat de 3GPP.

LTE-M este un standard tehnologic LPWA (low power wide area) publicat de 3GPP. Acesta sprijină IoT prin complexitatea redusă a dispozitivelor și prin extinderea acoperirii, permițând în același timp reutilizarea bazei instalate LTE. Sprijinite de toți marii producători de echipamente mobile, chipset-uri și module, rețelele LTE-M vor coexista cu rețelele mobile 2G, 3G și 4G și vor beneficia de toate caracteristicile de securitate și confidențialitate ale rețelelor de nivel operator.

IoT în bandă îngustă (NB-IoT) este o tehnologie de comunicații RF în bandă îngustă special concepută pentru Internetul obiectelor (IoT). Conectează dispozitivele mai simplu și mai eficient pe rețelele mobile deja stabilite și gestionează cantități mici de date bidirecționale transmise ocazional, fiabil și în siguranță. Acest standard se axează în special pe un consum foarte redus de energie, pe o acoperire excelentă a penetrării și pe costuri mai mici ale componentelor, implementate în frecvențele reglementate GSM și LTE.

GSM este o tehnologie celulară digitală omniprezentă folosită pentru transmiterea de voce și a datelor mobile, acoperind mai mult de 90% din populația lumii.

Tehnologii de comunicație RF pe distanță lungă

LPWAN-urile sunt perfecte pentru zonele urbane sau rurale cu densitate scăzută. Sunt potrivite și pentru autostrăzi, totuși tunelurile pot ridica unele probleme de acoperire. Același lucru este valabil și pentru zonele în care comunicarea este împiedicată de bariere geografice, cum ar fi dealurile sau munții. Rețelele cu rază lungă de acoperire funcționează cel mai bine atunci când există mai puține intervenții în programul de operare.

LoRaWAN este o specificație Low Power Wide Area Network (LPWAN) care vizează cerințele cheie ale Internetului obiectelor, cum ar fi comunicarea bidirecțională securizată, mobilitatea și serviciile de localizare. Acesta oferă o interoperabilitate perfectă între obiectele inteligente fără a fi nevoie de instalații locale complexe și redă libertatea utilizatorului, dezvoltatorului și întreprinderilor, permițând dezvoltarea internetului obiectelor.

Sigfox este o tehnologie de comunicare de tip celular care oferă o putere redusă, o viteză de transfer de date redusă și costuri de comunicare reduse pentru aplicațiile Internet of Things și M2M. Sigfox utilizează tehnologia Ultra-Narrow Band (UNB), care permite utilizarea unor niveluri foarte scăzute de putere a emițătorului, menținând în același timp o conexiune de date robustă, folosind benzi radio ISM fără licență. Topologia rețelei a fost concepută pentru a oferi o rețea scalabilă, de mare capacitate, cu un consum foarte redus de energie, menținând în același timp o infrastructură celulară simplă și ușor de implementat, bazată pe o stea.

Tehnologii de comunicare pe frecvență scurtă de tip Mesh

Tehnologiile de comunicație pe distanță scurtă sunt eficiente, indiferent de densitate, izolarea ariei sau alte provocări geografice. Rețelele cu rază scurtă de acțiune sunt potrivite pentru zonele în care obținerea unei acoperiri uniforme ar necesita, altfel, efort și ar implica costuri considerabile. Când vine vorba de proiecte liniare, cum ar fi autostrăzi, trebuie acordată o atenție deosebită provocărilor de infrastructură.

Wi-SUN (IEEE 802.15.4g RF MESH) este o tehnologie de comunicație RF de tip mesh probată de ani de zile într-o gamă largă de medii dificile și îndepărtate de pe tot globul. Acceptă cele mai recente tehnologii de securitate bazate pe IP pentru autentificarea dispozitivului și comunicațiile criptate.

Zigbee creează flexibilitate pentru dezvoltatori și utilizatori finali, oferind în același timp o interoperabilitate excelentă. Creat pe baza standardului IEEE 802.15.4, folosind banda de 2,4 GHz și o rețea mesh reală cu auto-vindecare, Zigbee are multe aplicații și este implementat pe scară largă pe tot globul.