Satelitski IoT: Povezljivost doseže vesolje

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Satelitski IoT: Povezljivost doseže vesolje — Ilustracija: © IoT za vse

IoT je od svojega začetka napredoval skokovito. Med vsemi primeri uporabe, ki postajajo vse bolj priljubljeni, je možnost sledenja sredstvom na vrhu seznama. Vrste sredstev, ki se jim sledi, vključujejo vse od ladijskih kontejnerjev do pošiljk vitalnih zdravil, kapitalsko intenzivnih strojev in živine.

Nekateri od teh razredov sredstev so zelo mobilni in pokrivajo države in regije po svetu, od katerih mnoge nimajo mobilnega omrežja ali LPWAN pokritosti.

Nedavna inovacija zdaj zagotavlja brezžično povezljivost interneta stvari prek satelitov v nizki zemeljski orbiti. Oglejmo si, kako satelitski IoT (SatIoT) ponuja stroškovno učinkovito metodo izvajanja globalne povezljivosti IoT.

Brezžična povezljivost IoT/IIoT

Začetki interneta stvari (IoT) so nejasni, vendar številni viri omenjajo avtomat za brezalkoholne pijače, nameščen na Univerzi Carnegie Mellon v zgodnjih osemdesetih letih. Kevin Ashton je izraz skoval konec leta 1980, ko je IoT pridobival zagon.

Kot mnoge inovacije, ki temeljijo na elektroniki, sta razvoj tehnologije in sprejemanje v industriji ponavljajoča. Cikli inovacij in povpraševanja so znani prijatelji in vzpon IoT in njegovega industrijskega dvojčka, IIoT, je odvisen od teh cikličnih vzorcev.

Primeri vključujejo potrebo po delovanju z nizko porabo energije, od baterij, ki je bila pomembna ovira za sprejetje, dokler mikrokrmilniki z izjemno nizko porabo niso postali norma. Na začetku so bile naprave interneta stvari povezane z ethernetnimi omrežji, vendar je potreba po odporni brezžični povezavi z nizko porabo energije vzpostavila prostrana omrežja z nizko porabo energije (LPWAN), ki jih poganja nešteto možnih primerov uporabe, ki temeljijo na mobilnosti.

Možnosti brezžične povezljivosti za IoT

Na začetku so domače, pisarniške in tovarniške namestitve Wi-Fi omejevale brezžično povezljivost IoT/IIoT. Vendar pa so zmogljivosti pasovne širine Wi-Fi pretirane v primerjavi s tistimi, ki jih zahteva večina enostavnih IoT senzorjev.

Poleg tega je Wi-Fi še posebej energijsko požrešen brezžični protokol, ki ustreza aplikacijam, ki se napajajo prek omrežja, ali tistim, ki uporabljajo visokozmogljivo baterijo. Tudi mobilna podatkovna povezljivost je bila sprva obravnavana kot draga alternativa.

Celične specifikacije 3GPP so leta 2016 vključile ozkopasovno storitev IoT, ki ponuja povezavo z nizko porabo energije in nizko pasovno širino, idealno za številne senzorje IoT. Za geografsko razpršene uvedbe interneta stvari je pojav protokolov LPWAN pod GHz, kot je LoRa, zagotovil poceni nelicencirano alternativo spektra za celične metode.

Ko se je število možnosti brezžične povezave povečalo, so se povečali tudi možni primeri uporabe. Čeprav je veliko začetnih baterijsko napajanih brezžičnih uvedb vključevalo fiksne instalacije, kot je merjenje komunalnih storitev, je zmožnost razvoja naprav IoT za namene sledenja pospešila sprejetje.

Najbolj priljubljen primer uporabe interneta stvari je sledenje sredstvi, ne glede na to, ali gre za ladijski zabojnik na plovilu, ki potuje iz Azije v Evropo, ali za samostojnega delavca v obsežnem raziskovalnem kampusu. Razpon aplikacij za sledenje premoženju je raznolik, od velikih kapitalsko intenzivnih strojev do posameznih pošiljk nujnih medicinskih pripomočkov. Kmetijstvo je še en primer uporabe sledenja ali spremljanja sredstev, ki ima koristi od senzorjev nizke porabe, povezanih z LPWAN.

Izbira brezžične povezave

Ko se odločajo, katero brezžično povezljivost izbrati, morajo inženirji pregledati več dejavnikov, vključno z:

Geografsko območje

Kaj spremljate ali s čim komunicirate? Kako daleč mu morate slediti ali komunicirati z njim? Ali je v krogu nekaj kilometrov od osrednje lokacije, recimo kmetije, ali gre za ladijski zabojnik, ki bi lahko potoval po vsem svetu?

Drug dejavnik za sledenje aplikacijam je natančnost umestitve. Sledenje zabojniku na tovornjaku bo morda zahtevalo samo pozicioniranje pod 3 km, vendar bo samostojni delavec v notranjem raziskovalnem laboratoriju morda potreboval manj kot meter natančnosti. Prečkanje regionalnih in državnih meja bo zahtevalo mobilno gostovanje in morebitno nadomestno storitev, kjer primarna komunikacijska metoda ni na voljo.

Napajanje

Napajanje na baterije ponuja največjo prilagodljivost, baterije za ponovno polnjenje pa ponujajo razširjen doseg, če je prostor za sončne celice ali zmožnost pridobivanja okoljskih ali usmerjenih virov energije. Delovni cikel naprave bo določil življenjsko dobo baterije, tako da sledilnik, ki komunicira enkrat na dan, morda ustreza ladijskemu zabojniku na morju, ni pa primeren za spremljanje lokalnih dostav.

Zakasnitev in velikost podatkovnega paketa

Koliko podatkov je treba prenesti, kako pogosto in ali je potrebna interakcija v realnem času? Obremenitev enostavnega senzorja temperature in vlažnosti je lahko manjša od 10 bajtov v primerjavi s senzorji, ki temeljijo na vidu, za industrijski nadzorni proces.

Ko se primeri uporabe interneta stvari povečujejo, zlasti za globalne uvedbe, kot je sledenje sredstev ali upravljanje obsežnih geografsko razpršenih izvedb, postaja potreba po mešanju več načinov povezovanja v eno napravo bolj verjetna. Zaradi napredka satelitskih tehnologij in nižjih stroškov uvajanja je satelitska IoT povezljivost privlačna za številne aplikacije.

Satelitska povezljivost IoT

Pošiljanje komunikacijskih satelitov v vesolje ni nedavni pojav, prvi sega v zgodnja šestdeseta leta prejšnjega stoletja. Vendar pa je v zadnjem desetletju prišlo do dramatičnega povečanja števila izstreljenih kompaktnih, poceni satelitov, od katerih mnogi niso večji od škatle za čevlje.

CubeSats in nanoSats sta izraza za te majhne satelite. Visoke šole in univerze so skupaj z Naso in drugimi komercialnimi izvajalci izstrelitve satelitov zgradili in izstrelili nekatere od teh satelitov, zaradi česar so izjemno priljubljeni.

Nanosatelit 1U meri 10 cm x 10 cm x 10 cm in običajno ne tehta več kot 1.3 kg. Nasina pobuda za izstrelitev CubeSat ponuja poceni dostop do vesolja za izobraževalne ustanove, muzeje in znanstvena središča. Naenkrat se lahko izstreli na desetine CubeSat.

*Lokacija orbit GEO, MEO in LEO glede na Zemljo, kar kaže na razdaljo in zakasnitev povratnega potovanja. Vir: Mouser*

Tri orbite

Geostacionarna orbita omogoča, da je satelit s fiksne točke na Zemlji videti stacionaren. Upoštevajte, da je zakasnitev pomembna zaradi vključene razdalje, do 0.6 sekunde. Televizijski sateliti, kot je priljubljena konstelacija štirih satelitov Astra 1, so v GEO in oddajajo na tisoče televizijskih, radijskih in interaktivnih kanalov proti Evropi s 35,768 km okoli Zemlje. Večina satelitov GNSS je v srednji zemeljski orbiti približno 22000 km.

Postavitev konstelacije povezljivosti IoT CubeSats postaja vse bolj izvedljiva za številne primere uporabe. Čeprav je lahko vsak CubeSat viden iz naprave IoT na Zemlji samo kratek čas, bo približno 10–12 prehodov na dan, kar se poveča z vsakim CubeSat-om, dodanim v konstelacijo.

Poleg tega je zakasnitev LEO CubeSat bistveno manjša od tistih v višjih orbitah in več kot primerna za večino nedeterminističnih aplikacij.

Aplikacije, ki lahko koristijo satelitsko IoT povezljivost, vključujejo pametno kmetijstvo, globalno sledenje sredstev in spremljanje delovanja težkih strojev. Drugi primeri uporabe vključujejo zbiranje podatkov o globokomorskih bojah in optimizacijo goriva za pomorska plovila.

Globalni primeri uporabe interneta stvari

Ko se primeri uporabe IoT/IIoT širijo, postaja potreba po globalni nizkocenovni povezljivosti z nizko porabo energije ključna. V preteklosti je bil dostop do satelitske komunikacije omejen na vladne agencije in nacionalne raziskovalne organizacije.

Satelitski IoT lahko odpre komercialni dostop do resnično globalne, poceni in nizkoenergijske povezljivosti. Združevanje SatIoT z obstoječimi brezžičnimi protokoli ponuja zelo prilagodljiv in vsestranski pristop k povezljivosti IoT.