Quo vadis, bezdrátová komunikace? (3/3)

Nové aplikace, větší pokrytí, malá spotřeba, všudypřítomnost bezdrátových systémů, tím vším jsou charakteristické senzorové sítě. O rostoucí popularitě jejich vyzkoušené topologie mesh i pro jiné režimy není pochyb. Senzory a RFID se dostávají doslova pod kůži a máme tu pervasive and wearable computing.

Mesh topologie přispívá k pokrytí

Do WLAN se ale pomalu propracovává metoda umožňující výrazně zvýšit střední dosah sítě, kterou průkopnicky začaly prosazovat sítě s dosahem ještě menším, WPAN. Klíč k většímu pokrytí tkví ve vhodně zvolené topologii, která je dostatečně flexibilní, snadno rekonfigurovatelná a přitom spolehlivá, tedy mesh. Původně byla tato topologie uvažována pro sítě typu ad hoc, tedy pro nahodilé propojení bezdrátových zařízení, ale ukazuje se, že výhody jdou daleko nad rámec jen dočasných bezdrátových sítí. Na mesh topologii pro WLAN se pracuje v rámci projektu P802.11s. Mesh sítě se také začínají uplatňovat v městských bezdrátových sítích, kde se zatím nevyužívá WiMAX, ale právě propojení WiFi přístupových bodů, umístěných na semaforech nebo sloupech veřejného osvětlení, kdy se zkoumá také možnost využití sluneční energie pro napájení.

Mobilní směrovače umožní díky potenciálnímu umístění ve vlacích, autobusech a dalších vozidlech takové ad hoc sítě jako komunikační síť na základě veřejné dopravy. Vloni na podzim schválilo ANSI (American National Standards Institute) systém iBurst založený na HC-SDMA (High Capacity Spatial Division Multiple Access) jako normu pro WWINA (Wireless Wideband Internet Access), která má naději na odezvu také v ISO, ITU či IEEE, protože nabízí mobilní připojení rychlostí 1 Mbit/s pro uživatele pohybující se rychlostí do 100 km/h.

Dalším vývojem využití mobilních směrovačů se zabývá např. výzkumný projekt OCEAN (On-board Communication Entertainment and Information) australské univerzity. Takové sítě umožní nejen komunikaci mezi pasažéry, ale budou fungovat jako brána do globálního Internetu. Vzdálenost od koncového zařízení ke směrovači je tak malá, že by se na komunikaci mělo spotřebovat jen minimum energie, na rozdíl od situace, kdy by se připojovali na pevně umístěné základnové stanice či přístupové body městských bezdrátových sítí.

Díky značné hustotě mobilních směrovačů by směrování dat mělo být jednodušší, uživatelská kapacita vyšší (desítky Mbit/s), využití spektra účinnější, a i celkové náklady pro značné pokrytí nižší (ideální pokrytí s možností napojení na služby mobilní sítě pro momentálně chybějící pokrytí). Využití mesh sítí na bázi mobilních směrovačů ovšem stále není komplexně vyřešeno, protože chybí řešení spolehlivosti, chybovosti (jeden výpadek ovlivní více komunikačních cest) a zotavení z chyb, zpoždění pro interaktivní aplikace, zahlcení, caching dat podporující dynamickou účast uživatelů v síti a jejich personalizované služby. Výzkum v tomto směru pokračuje a výsledky by měly být k dispozici již letos a kromě levného uživatelského komunikačního prostředí by tyto sítě mohly přispět i k vyšší bezpečnosti pasažérů díky video dohledu.

Senzorové sítě

Senzorové sítě jsou již několik let uváděny jako černý kůň moderních možností bezdrátové komunikace. Letos mají už opravdu blízko k průlomu: senzory se stávají stále menší a schopnější a výkonnější (a pokrok v nanotechnologiích k tomu v budoucnu ještě výrazně přispěje) a mesh topologie je přesně to, co tato komunikace potřebuje ke sběru informací z prostředí a jejich efektivnímu a dlouhodobému předávání do zpracovatelského centra.

Senzory (často označované jako motes) musí často vydržet práci v nepříznivých podmínkách (ambient networks), ale téměř vždy musí vydržet na baterii pracovat léta. Základem pro sítě s malou propustností a malými nároky na napájení je norma IEEE 802.15.4, která definuje fyzickou a MAC podvrstvu, na niž navazuje Zigbee.

Stovky milionů mobilních sítí ve světě mohou být také velice zajímavým základem pro levné a rozsáhlé senzorové sítě, jak tvrdí student UC Berkeley – pokud se mobilní telefony vybaví senzory, které budou schopné sbírat data o životním prostředí. Tím by se vyřešila situace se sledováním situace zejména v rozvojových zemích, protože pro ně jsou tradiční senzorové sítě příliš nákladné. Takové sítě by pak byly využitelné pro výzkum oblastí od znečištění vzduchu přes boj s nemocemi a epidemiemi až po sociální problematiku. V tomto využití jde hlavně o vysoké implicitní pokrytí senzory, kterého dosud nebylo možné dosáhnout. Vybavení příslušnými senzory přitom stojí pouze zlomek výrobních nákladů na nový mobilní telefon.

Podpora GPS na mobilních telefonech zase umožňuje sledovat jejich umístění a je základem náročných systémů pro sběr, mapování a zkoumání dat ve vazbě na umístění GIS (Geographic Information Systems), které již dlouho slouží pro sledování nakažlivých a smrtelných onemocnění. Nová myšlenka vybavení mobilních telefonů vhodnými senzory by ovšem nahradila nákladné řešení GIS.

Pervasive & wearable computing

Všudypřítomná elektronická komunikace budoucnosti se nebude omezovat pouze na mezilidskou, ale bude díky rozvoji řady oborů fungovat i mezi lidmi a zařízeními, nebo mezi zařízeními samotnými (viz obrázek). Tato dynamická síť sítí se označuje pojmem „The Internet of Things“. Mnohá komunikační zařízení tak už nebudou omezena velikostně kvůli ergonomice a bude je možné integrovat do mnoha běžných objektů. Minimalizaci až miniaturizaci identifikátorů i senzorů umožní nanotechnologie. S novým „vybavením“ pak nebude problémem identifikovat a komunikovat s částečkami našeho světa, které ani pouhým okem nemusíme vidět – pro jejich velikost či skrytost.

Tři moderní dimenze komunikace

Základem Internetu objektů je identifikace, tedy RFID (Radio Frequency IDentification). Nejčastější metodou vlastní identifikace je uložení sériového čísla produktu, případně dalších informací, na mikročipu. Mikročip a k němu připojená anténa dohromady tvoří RFID značku (tag). Díky anténě může čip vyslat identifikační údaje snímači (interrogator), který je převede do vhodné formy pro další počítačové zpracování.

RFID se používá již přes 50 let, ale teprve v posledních letech se položily základy pro otevřené specifikace. Normalizací RFID a související síťové infrastruktury se zabývají organizace jako ISO (rádiové protokoly a specifikace struktury přenášených dat), ETSI (měření a kmitočty), IEEE a IETF (z pohledu síťových požadavků), ale především průmyslová sdružení EPCglobal (Electronic Product Code™) a Near Field Communication (NFC) Forum.

Původní specifikace EPCGlobal první generace nebyly slučitelné s normami ISO, teprve druhá generace pro velmi vysoké kmitočty byla schválena jako ISO 18000–6C. Pro práci RFID na velmi vysokých kmitočtech (868 – 956 MHz) se používá norma ISO 14443. Tyto RFID se používají v identifikačních bezkontaktních čipových kartách, v dopravě (výběr mýtného) či na univerzitách nebo internetových kavárnách. Méně se zatím využívá norma ISO 15693 pro vysoké kmitočty (13,56 MHz). RFID mohou pracovat ale i na nízkých kmitočtech (125 – 134 kHz) nebo ve volném pásmu 2,45 GHz sdíleném s WLAN či Bluetooth.

ITU se také hodlá do normalizační práce zapojit, a to především v oblastech architektury sítě a služeb, požadavků na komunikaci mezi zařízeními (M2M, machine-to-machine), bezpečnosti, a zejména alokaci rádiového spektra (k předložení ITU World Radiocommunication Conference v říjnu 2007).

V rámci EU a EFTA se na základě norem ETSI mohou používat RFID značky a čtečky v souladu s předpisem R&TTE (European Union Radio & Telecommunications Terminal Equipment Directive). Od loňska ETSI také hostí tzv. plugtests, tedy pravidelně nabízí prostředí pro testování RFID pro výrobce i uživatele podle normy 302 208.

ETSI EN 302–208 (Technical requirements and methods of measurement) umožnila využívat kmitočtové pásmo 865 – 868 MHz (dříve se používalo pouze 869,4 – 869,65 MHz), takže se využitelné spektrum rozšířilo z 250 kHz na 3 MHz a počet kanálů se z jednoho zvýšil na 15 (po 200 kHz). Z hlediska povoleného vyzařovaného výkonu se pásmo dělí na tři podpásma: 2W ERP (Effective Radiated Power) v pásmu 865,6–867,6 MHz; 0,5W ERP pro pásmo 867,6 a 868 MHz a 0,1W ERP v pásmu 865–865,5 MHz. Před schválením této normy bylo možné používat zařízení pouze o 0,5 W, což neumožňovalo dostatečný dosah snímání zejména v logistice (např. při průjezdu palet skladovými dveřmi).

RFID představuje jednu z kategorií tzv. pervasive computers. Nejvyvinutější RFID jsou vlastně bezdrátové počítače v síti, které lze úspěšně integrovat v prostředí. Jsou velice snadno umístitelné, skoro nic neváží a nezabírají prostor, a přitom mohou být značnými pomocníky pro obchod, výrobu a skladování či převážení zboží.

Dnes se RFID již uplatňují pro řízení přístupu, kde se používají na identifikačních kartách, v identifikaci zavazadel (pasivní RFID na papírových nálepkách), automobilech (imobilizéry a otevírání na kartu), sledování dokumentů, expresní pošty či knih v knihovnách (pasivní RFID), dobytka či domácích zvířat, v logistice a zásobování (sledování kontejnerů, palet a jednotlivých produktů).

Mezi další zajímavé aplikace RFID patří umělohmotné vinné zátky se zabudovaným RFID či identifikace identicky vyhlížející levé a pravé pneumatiky. Vděčnými sektory, kde se RFID rychle rozmohlo, jsou zdravotnictví a farmacie (sledování inventáře, označení pacientů, ochrana novorozeňat proti únosu, ochrana proti falšování léků), zemědělství (čipování dobytka, farmářských produktů) či armáda (zásobování a logistika). V posledním případě je zajímavý příklad amerického Ministerstva obrany, které nechalo zbudovat největší systém sledování nákladů na světě (v téměř 50 zemích) na bázi RFID, síť ITV (In-Transit Visibility). Tato síť je modelem pro členy NATO, kteří do konce letošního roku budou muset implementovat systém spolupracující s touto páteří RFID.

RFID se pomalu mění z uzavřeného systému snímače a značek na sítě schopné sdílet data. Miliardy značek vysílajících data přes síť ale představují značný nápor a změnu provozu, který síť má zvládnout. To si samozřejmě vyžádá komplexní změny v sítích, které se budou stávat internetem věcí (Internet of things).

RFID značky se budou vyvíjet dále: zvyšovat paměťovou i procesní kapacitu, senzorové schopnosti a zmenšovat velikost. Moderní senzory budují také základ pro využití v lékařství a celkové péči o člověka (BAN, Body Area Network). Wearable computing je novou oblastí zájmu, která se nemusí omezovat pouze na účely medicíny (jako např. rádiová pilulka pro momentální či kontinuální monitorování stavu organismu). Z toho plynou celkem jasné požadavky na nezávadnost senzorů, aby nepředstavovaly žádným způsobem rušivý prvek. A s tím souvisí také nutnost věnovat pozornost záležitostem ochrany soukromí, které budou v jádru ostatních oblastí vývoje (viz obrázek).

Stránky související s ochranou soukromí

Bezdrátové technologie roku 2020

Budoucnost bezdrátové a mobilní komunikace nelze oddělit od „ostatních“ typů síťové komunikace. Technologie jako takové by měly v nejbližších letech skutečně nabídnout uživatelům komunikaci odkudkoli a kdykoli. Pojmy jako pervasive (vytrvalé) a ubiquitous (všudypřítomné) computing by měly být již samozřejmou součástí moderních sítí.

Do roku 2020 (podle eMobility) by se základní premisa pro síťovou komunikaci měla ještě více přiblížit uživatelům v tom smyslu, že by komunikace neměla být omezena koncovým zařízením (připojení a přístup z jednoho osobního zařízení na nejrůznější sítě, pevné nebo bezdrátové). Uživatel by tak měl mít okamžitý, bezproblémový a bezpečný přístup k obsahu, který ho zajímá (v danou chvíli, na daném místě, podle nálady). Tak se pomalu ale jistě do komunikačních a výpočetních technologií dostanou prvky z mnoha jiných vědních (nejen technických) disciplín, jako nanotechnologie, psychologie, sociologie, medicína či biologie.

Content

Konečným cílem je (už dlouho a rádo opakované) komplexní zlepšení kvality života jednotlivce. Individuum, každý z nás, se díky technologickým vymoženostem skutečně může konečně dostat do popředí, protože si jednak může vybírat z mnoha řešení (což ale není jednoduché a klade to značné nároky na čas, energii a znalosti – proto bychom v budoucnu měli být tohoto úkolu zbaveni, protože bychom se prostě o různé typy připojení a o omezení dané naším telefonem nebo laptopem neměli vůbec muset starat), ale především může požadovat „personalizované“ služby a obsah. Od požadavku už nemusí být nekonečně dlouhá cesta k jeho (alespoň částečnému) splnění – technicky tomu v mnoha případech nic nebrání.

Snad se také v té poměrně daleké budoucnosti (2020) dopracujeme k tomu, že nás komunikace nebude omezovat ani v tom smyslu, že bychom byli povinně dosažitelní 24 hodin. Na technologii se už nikdo nebude moci vymlouvat, takže to bude jen na disciplíně a zdravém rozumu, jak si poradíme s možnou přemírou komunikačních vymožeností. Abychom nebyli štvanci, ale konečně si užívali…

Anketa

Bojíte se RFID a senzorových sítí?

5 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 9. 7. 2007 20:41
Zasílat nově přidané názory e-mailem

Školení Jak vytvořit rychle jednoduchý web

  •  
    Jak mít na Internetu blog.
  • Jak si založit web na Wordpressu.
  • Jak pokračovat v jeho provozování.

Detailní informace o školení Jak vytvořit rychle jednoduchý web »