Internet rzeczy szybko zmienia nasze życie. Technologia bezprzewodowa znana jako Low Power Wide Area Network lub LPWAN sprawiła, że tempo rozwoju zdecydowanie wzrosło.

Suche koryta rzek, puste zbiorniki wodne, wyczerpane warstwy wodonośne - tak wyglądała Kalifornia w okresie wielkiej suszy, trwającej od 2011 do 2017 roku. Susza oraz pożary lasów pochłonęły około 100 milionów drzew, wyjałowiły pół miliona hektarów terenów rolniczych. Trudne stało się wytwarzanie energii elektrycznej, ze względu na brak wody w elektrowniach. Susza spowodowana została zmianami klimatycznymi. Ilość wody w Kalifornii zależy od śniegu, który spada w zimie w pasmie górskim Sierra Nevada, a następnie topnieje wiosną, karmiąc winnice i duże miasta latem. Jednak od 2011 r. opady śniegu praktycznie zanikły, co spowodowało, że przewidywania dotyczące opadów i poziomów wody nie mogły zostać osiągnięte. Podjęto decyzję o inwestycji w 18 sieci bezprzewodowych czujników (SierraNet). Każda sieć składa się z 35 stacji pomiaru głębokości śniegu, temperatury promieniowania słonecznego i wilgotności gleby. Stosunkowo małe inwestycje w dane teledetekcji satelitarnej, naziemne pomiary i infrastruktura cybernetyczna, mogą potencjalnie znacznie poprawić informacje hydrologiczne, zmniejszyć niepewność w dostępności wody i poprawić niezawodność dostaw wody.

Proces polega na wykorzystaniu tzw. LPWAN lub Low Power Wide Area Network. LPWAN to nowa technologia bezprzewodowa, która sprawia, że prowadzenie projektów takich jak SierraNet staje się w ogóle możliwe. Technologia ta decyduje o rozpowszechnianiu się Internetu rzeczy na całym świecie. W Internecie rzeczy (IoT) maszyny komunikują się z maszynami. Czujniki zbierają dane i transmitują je bezprzewodowo przez Internet, dzięki czemu np. komputery mogą niezależnie kontrolować procesy w zakresie logistyki, produkcji i serwisu. IoT jest techniczną podstawą gospodarki 4.0. Według badania przeprowadzonego przez firmę konsultingową Gartner do 2020 roku liczba urządzeń komunikujących się ze sobą będzie wynosić 20,8 mld.

Powodem tego nie będą dobrze znane technologie bezprzewodowe, takie jak WiFi, Bluetooth czy bezprzewodowe standardy, takie jak LTE czy G5, ale raczej LPWAN. „W porównaniu do innych bezprzewodowych standardów, LPWAN wypełni lukę między komunikacją krótkiego zasięgu i komunikacji na duże odległości. Łączą w sobie wiele cech innych technologii bezprzewodowych, które sprawiają, że Internet rzeczy staje się ekonomicznie wykonalny” - mówi Markus Termühlen, globalny szef projektu technologii LPWAN w TÜV Rheinland. Sieci LPWAN są łatwe do zainstalowania i dostosowania. Niska częstotliwość około 900 megaherców ogranicza przenoszoną ilość danych do 50 kilobitów na sekundę, co odpowiada w przybliżeniu jednej stronie tekstu DIN A4. „Szerokość pasma jest wystarczająca do transmisji zaszyfrowanych komend przełączających lub do odczytu i sterowania czujnikami”- mówi Termühlen. Pod tym względem technologia LPWAN jest podobna do ustalonych standardów, takich jak Zigbee, Bluetooth i EnOcean. Jednak dzięki niskiej częstotliwości transmisji, sygnały LPWAN mogą łatwo przeniknąć do budynków lub emitować je z piwnic. Technologia jest zatem idealna do inteligentnych usług pomiarowych.

Właśnie dlatego, że spółka zależna E.On Digimondo zdecydowała się na utworzenie ogólnokrajowej porozumiewanie się przez LPWAN z cyfrowymi licznikami energii elektrycznej.

Sieć bezprzewodowa za 250 euro

Na otwartych przestrzeniach dane mogą być przesyłane w odległości ponad 40 km, a w miastach w odległości od 2 do 15 km. Sześć routerów (gateways) nie większych niż cienka książka wystarczy, aby pokryć zasięgiem duże miasto, takie jak Amsterdam, bezprzewodową siecią o małej mocy. LPWAN działają niezwykle ekonomicznie. Czujniki wysyłają dane w trybie ciągłym lub we wcześniej ustalonych odstępach czasu.

W zależności od zastosowania akumulatory działają od 2 do 15 lat. Jeśli, podobnie jak w SierraNet, są one podłączone do modułów słonecznych, infrastruktura bezprzewodowa jest praktycznie bezobsługowa. Wkrótce cena czujnika będzie wynosiła od 1 do 2 dolarów. Małe, bezprzewodowe sieci czujników można skonfigurować już za około 250 euro. Mobilne sieci bezprzewodowe wymagają znacznie droższej infrastruktury: większej gęstości masztów antenowych, połączeń sieciowych urządzeń nadawczych i kart SIM, które są powiązane z operatorem sieci. Z LPWAN koszty są o około 90% niższe, a jej funkcjonalność jest lepsza.

„LPWAN zastąpi sieci komórkowe 2G na potrzeby przesyłania niewielkich ilości danych”, przewiduje Markus Termühlen. W 2020 r. 40% komunikacji na duże odległości w IOT może być już transmitowanych za pośrednictwem sieci LPWAN, a ponad 70% do roku 2030. Pozostała część będzie obsługiwać szerokopasmowe, bezprzewodowe mobilne standardy LTE i 5G, do dużej ilości danych.

Wszystko staje się inteligentne

Dostawcy telekomunikacyjni są ważnymi źródłami rozwoju tej technologii. Poznali potencjał LPWAN i inwestują w niego. Comcast, drugi największy operator sieci w Stanach Zjednoczonych, chce utworzyć ogólnokrajową sieć LoRa. W Holandii KPN zbudowała już sieć ogólnokrajową, podobnie jak SK Telecom w Korei Południowej.

Idea polega na tym, że firmy, miasta i osoby prywatne płacą, aby podłączyć własne czujniki i urządzenia inteligentne do sieci. Rynek jest ogromny, w 2016 roku usługi IoT generowały około 235 miliardów dolarów dochodów, z silną tendencją wzrostową. Niezależnie od tego, co zostanie podłączone - czy będzie to krowa, lodówka czy magazyn - dzięki technologii LPWAN, każdy obiekt może zostać wyposażony w czujnik ruchu, temperatury lub poziomu napełnienia, a także wysyłać proste wiadomości na smartfona.

„Niskie koszty otwierają nieograniczone możliwości aplikacji” – tłumaczy Termühlen. I przede wszystkim, w przeciwieństwie do bezprzewodowych sieci mobilnych, LPWAN korzysta z bezpłatnych częstotliwości bez licencji. W efekcie producenci urządzeń i prywatni użytkownicy mogą zainstalować własną, zamkniętą lub otwartą sieć bezprzewodową niezależną od dużych operatorów sieciowych.

Jedną z takich otwartych standardów LPWAN jest Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), opracowywana przez LoRa Alliance. Założone w 2015 roku stowarzyszenie przemysłowe zgromadziło już około 500 międzynarodowych producentów sprzętu, twórców oprogramowania i użytkowników z wszystkich obszarów gospodarczych w celu dalszego rozwijania LoRaWAN. TÜV Rheinland jest członkiem szybko rozwijającego się sojuszu LoRa od samego początku. „Podobnie jak w komitetach dla innych technologii bezprzewodowych, pomagamy LoRa Alliance w procesie standaryzacji i certyfikacji produktów przed wejściem na rynek” - mówi Markus Termühlen.

TÜV Rheinland prowadzi wyspecjalizowane laboratoria w zakresie technologii bezprzewodowych i produktów IoT w Europie, USA i wkrótce w Japonii i Korei Południowej. W efekcie jako dostawca usług TÜV Rheinland jest zawsze blisko producentów i użytkowników na całym świecie ze swoją wiedzą w zakresie standardów bezprzewodowych. Nawiasem mówiąc, w Kalifornii TÜV Rheinland otworzył pierwsze laboratorium testujące technologię bezprzewodową w środku Doliny Krzemowej już w 1986 roku.

Życie w sieci. Jak bezprzewodowość ułatwia naszą codzienność

CZUJNIKI PARKINGOWE

Inteligentne zarządzanie ruchem w celu zwalczania korków i frustracji: czujniki LPWAN osadzone w asfalcie raportują, czy miejsce parkingowe jest wolne lub zajęte. Kierowcy mogą zarezerwować kolejny dostępny parking za pośrednictwem aplikacji i bezpośrednio przejechać do wolnego miejsca.

INTELIGENTNE LAMPY ULICZNE

Lampy uliczne stają się stacjami bazowymi inteligentnych miast: dzięki automatycznemu ściemnianiu oświetlenia led, publicznym punktom dostępu WLAN, czujnikom środowiskowym oraz przyciskom alarmowym.

OCHRONA PRZECIWPOWODZIOWA

Czujniki LPWAN mierzą poziom rzek i strumieni wokół miasta i zapewniają terminowe ostrzeżenie przed powodzią. Długa żywotność baterii sprawia, że sieć bezprzewodowa jest niskobudżetowa. Dzięki temu mogą sobie na nią pozwolić nawet małe społeczności i rolnicy.

ZABEZPIECZENIE PRZED KRADZIEŻĄ

Czujnik antysabotażowy ruchu LPWAN, umieszczony w ramie, czyni rowery bezwartościową zdobyczą, właściciel może zlokalizować swój rower w dowolnym momencie przez internet.

KONTROLA OBIEKTÓW

Czy drzwi są zamknięte? Czy magazyny są wypełnione? Czy temperatura w obszarze chłodzenia jest optymalna? Cała armia czujników LPWAN może niedrogo monitorować budynki i rozbudowane obiekty. Sieci WLAN zajmują się bardziej złożoną i intensywną kontrolą maszyn i procesów produkcyjnych.

BEACONY

Reklama w punkcie sprzedaży: nadajniki bluetooth na fasadach sklepu i półkach przekazują oferty i spersonalizowane rabaty, wysyłane bezpośrednio przez 30 metrów bezpośrednio do smartfona. Warunek: klient zainstalował odpowiednią aplikację, która może odszyfrować sygnał nawigacyjny.

eCALL

Od 28 marca 2018 system awaryjny musi być zainstalowany w każdym nowym pojeździe na terenie całej UE. W razie wypadku pojazd przekazuje raport o awarii oraz raport o uszkodzeniach za pośrednictwem telefonu komórkowego, bezprzewodowego internetu i GPS.