docDokument
download 
Report Transcription
Dokument
Digitally signed by Damjan Date: 2014.04.16 13:42:38 FAKULTETA ZA INFORMACIJSKE ŠTUDIJE V NOVEM MESTU DIPLOMSKA NALOGA VISOKOŠOLSKEGA STROKOVNEGA ŠTUDIJSKEGA PROGRAMA PRVE STOPNJE DAMJAN ANŽIČEK FAKULTETA ZA INFORMACIJSKE ŠTUDIJE V NOVEM MESTU DIPLOMSKA NALOGA ANALIZA USTREZNOSTI OBSTOJEČIH IOT PLATFORM, ZA UPORABO S POLJUBNIMI KRMILNIKI Mentor: viš. pred. mag. Andrej Dobrovoljc Novo mesto, marec 2014 Damjan Anžiček IZJAVA O AVTORSTVU Podpisani Damjan Anžiček, študent FIŠ Novo mesto, izjavljam: da sem diplomsko nalogo pripravljal samostojno na podlagi virov, ki so navedeni v diplomski nalogi, da dovoljujem objavo diplomske naloge v polnem tekstu, v prostem dostopu, na spletni strani FIŠ oz. v digitalni knjižnici FIŠ, da je diplomska naloga, ki sem jo oddal v elektronski obliki identična tiskani verziji, da je diplomska naloga lektorirana. V Novem mestu, dne _________________ Podpis avtorja ______________________ ZAHVALA Rad bi se iskreno zahvalil mentorju mag. Andreju Dobrovoljcu za vse nasvete, pomoč ter vodenje med pripravo in pisanjem diplomske naloge. Rad bi se zahvalil tudi g. Domnu Rajšlju za vso pomoč pri diplomski nalogi. Zahvalil pa bi se rad tudi svoji družini za vso podporo pri študiju in pisanju diplomske naloge. POVZETEK Ideja diplomske naloge sestoji s treh raziskovalnih vprašanj. V prvi vrsti nas zanima, ali so obstoječe rešitve s področja Interneta stvari dovolj odprte, da nam omogočajo uporabo poljubne strojne opreme. Drugič nas zanima, ali so obstoječe rešitve s področja Interneta stvari dovolj zrele in preproste, da si z njihovo uporabo lahko izboljšamo način življenja. Nazadnje pa nas še zanima, ali lahko podjetje, ki se ukvarja z razvojem digitalnih naprav, uporabi neko obstoječo rešitev s področja Interneta stvari, namesto da vlaga v razvoj svoje lastne rešitve. Diplomska naloga je sestavljena iz dveh delov. V teoretičnem delu je opisan pojem Interneta stvari, vidik interneta ter vidik stvari, opisane so tehnologije, ki Internet stvari omogočajo, ter nekatera področja uporabe. V empiričnem delu diplomske naloge pa sem predstavil štiri rešitve s področja Interneta stvari, jih analiziral ter primerjal med seboj. KLJUČNE BESEDE: Internet stvari, RFID, WSN, NFC, platforma, krmilnik, kanal. ABSTRACT The idea of the diploma thesis revolves around three research topics. Firstly, the thesis examines if the existing Internet of Things (IOT) solutions are open enough to enable random hardware. Secondly, the thesis discusses if the existing IOT solutions are sufficiently mature and simple so that their use improves our way of life. Last but not least, the thesis deals with the following issue: can a company involved in the development of digital devices employ an IOT solution instead of investing in the development of its own solution. The diploma thesis consists of two parts. The theoretical part describes the concept of IOT, the aspect of the Internet and the aspect of things. In addition, technologies enabling IOT and some scopes of its application are described. The empirical part of the thesis introduces four IOT solutions, analyses them and compares them with each other. KEY WORDS: Internet of Things, RFID, WSN, NFC, platform, microcontroller, channel. KAZALO 1 UVOD .................................................................................................................................... 1 2 INTERNET STVARI ............................................................................................................ 2 2.1 Funkcionalni pogled Interneta stvari ................................................................................. 7 2.2 Stvari ................................................................................................................................. 8 2.3 Internet ............................................................................................................................ 11 3 TEHNOLOŠKI VIDIK INTERNETA STVARI ................................................................. 13 3.1 Tehnologije identifikacije, zaznavanja in komunikacije ................................................. 13 3.1.1 Radio-frekvenčna identifikacija .......................................................................... 13 3.1.2 Tehnologija brezžičnih senzorskih omrežij......................................................... 16 3.1.3 Tehnologija RFID – senzorskih omrežij ............................................................. 20 3.1.4 Brezkontaktna tehnologija NFC ......................................................................... 26 3.2 Tehnologija vmesne plasti .............................................................................................. 31 3.2.1 Storitveno usmerjeni pristop............................................................................... 31 3.2.2 Omrežje EPCglobal ............................................................................................ 35 4 PODROČJA UPORABE INTERNETA STVARI .............................................................. 35 4.1 Primeri področij uporabe Interneta stvari ....................................................................... 36 4.1.1 Maloprodaja ....................................................................................................... 36 4.1.2 Medicinska tehnologija, zdravstvo ..................................................................... 37 4.1.3 Farmacija ........................................................................................................... 38 4.1.4 Logistika ............................................................................................................. 39 4.1.5 Transport ............................................................................................................ 39 4.2 Primeri uporabe v slikah ................................................................................................. 40 4.2.1 Pametno mestno načrtovanje.............................................................................. 40 4.2.2 Mobilno plačevanje ............................................................................................ 41 4.2.3 Pametna obnovljiva energija .............................................................................. 42 5 SPLETNE PLATFORME INTERNETA STVARI ............................................................. 42 5.1 Xively .............................................................................................................................. 43 5.2 ThingSpeak ..................................................................................................................... 44 5.3 Etherios ........................................................................................................................... 46 5.4 Nimbits ............................................................................................................................ 48 6 ANALIZA SPLETNIH PLATFORM ................................................................................. 50 6.1 Primerjava lastnosti spletnih platform ........................................................................... 50 6.2 Namestitev programske opreme krmilnika PoKeys 56e in praktični preizkus spletnih platform ........................................................................................................................ 51 6.2.1 Namestitev programske opreme in konfuguracija krmilnika ............................. 52 6.2.2 Povezava krmilnika Pokeys56e s ISt platformo Xively.com ............................... 54 7 ZAKLJUČEK ...................................................................................................................... 59 8 LITERATURA IN VIRI ...................................................................................................... 61 KAZALO SLIK Slika 2.1: Evolucija Interneta ljudi do Interneta stvari ............................................................... 3 Slika 2.2: Naraščanje števila povezanih naprav po letih ............................................................ 5 Slika 2.3: Internet stvari ........................................................................................................... 10 Slika 3.1: Povezava KJERKOLI, KADARKOLI, KARKOLI ................................................. 13 Slika 3.2: Pasivna RFID značka ............................................................................................... 15 Slika 3.3: Pol aktivna RFID značka.......................................................................................... 15 Slika 3.4: Aktivna RFID značka ............................................................................................... 16 Slika 3.5: Arhitektura brezžičnega senzorskega omrežja ......................................................... 17 Slika 3.6: Arhitektura RFID – senzorskega omrežja ................................................................ 21 Slika 3.7: Komunikacija med dvema napravama ..................................................................... 28 Slika 3.8: Vmesna plast s podplastmi ....................................................................................... 33 Slika 4.1: Smart Urban Planning .............................................................................................. 40 Slika 4.2: Mobile payment ....................................................................................................... 41 Slika 4.3: Smart Renewable Energy ......................................................................................... 42 Slika 5.1: Spletna platforma Xively ......................................................................................... 44 Slika 5.2: ThingSpeak kanal ..................................................................................................... 45 Slika 5.3: Etherios Security Office ........................................................................................... 47 Slika 5.4: Nimbits Server ......................................................................................................... 49 Slika 6.1: Pokeys56e ................................................................................................................ 52 Slika 6.2: Omrežne nastavitve naprave .................................................................................... 52 Slika 6.3: Nastavitev uporabnikov............................................................................................ 53 Slika 6.4: Nastavitev senzorjev za prikaz ................................................................................. 53 Slika 6.5: Prikaz podatkov na lokalnem naslovu krmilnika ..................................................... 54 Slika 6.6: Povezava krmilnika s spletno platformo Xively ...................................................... 55 Slika 6.7: Prikaz podatkov s senzorja na platformi Xively.com .............................................. 56 Slika 6.8: Xively Request Log.................................................................................................. 56 KAZALO TABEL Tabela 2.1: Protokoli fizičnih komunikacijskih vmesnikov, uporabljenih s strani objektov ... 12 Tabela 4.1: Področja uporabe Interneta stvari .......................................................................... 36 Tabela 6.1: Primerjava platform ............................................................................................... 50 1 UVOD Ljudje se v današnjih časih, pri lajšanju vsakodnevnih opravil ter izboljšanju načina življenja, vse bolj zanašanjo na tehnologijo. Vse več, za iskanje informacij o izdekih in storitvah, novih zaposlitvah, počitnicah, najemu stanovanj ter zabavi uporabljajo internet. Vse več ljudi uporablja tudi razna družbena omrežja za iskanje novih prijateljev, ohranjaje stikov s starimi znanci, deljenje misli in fotografij s svojimi prijatelji ter za zabavo. Tudi podjetja vse več uporabljajo družbena omrežja in internet za oglaševanje ter trženje svojih izdelkov ter storitev. Veliko podjetij s pomočjo raznih spletnih trgovin tudi prodaja svoje izdelke tako, da si dandanes težko predstavljamo življenje brez interneta. Internet se je skozi čas zelo razvijal in izpopolnjeval. Najprej so se preko interneta začeli izmenjevati podatki, podatkom so sledili dokumenti. Kasneje so se preko interneta začeli povezovati ljudje in s tem tvorili družbena omrežja. Sedaj pa je internet v novi fazi razvoja, v kateri se ljudje povezujejo z napravami, prav tako pa se tudi naprave povezujejo z drugimi napravami. Tako je sedaj uporabnikom na voljo novo orodje, s katerim si lahko še dodatno olajšajo vsakodnevna opravila in izboljšajo način življenja. To orodje se imenuje Internet stvari (ang. Internet of Things - IOT). Internet stvari predmetom, ki jih ljudje uporabljajo v vsakdanjem življenju, kot so mobilni telefoni, gospodinjski aparati, avtomobili, gospodarski stroji in naprave, omogoča brezžično povezavo z omrežjem ter zbiranje in izmenjavo podatkov z uporabo različnih tehnologij. Trenutno naj bi imel povprečni človek vsaj dve napravi, povezani z omrežjem, nekje do leta 2015 pa naj bi to število naraslo na sedem, kar pomeni okoli 25 miljard brezžično povezanih naprav na svetu. Napovedi kažejo, da se bo število naprav z leti povečevalo tako, da so ocene za leto 2020 okoli 50 miljard raznovrstnih vsakdanjih naprav. Na primer, če bi univerzitetni profesor zaradi bolezni odpovedal jutranje predavanje, bi se študentova budilka ter avtomat za kavo samodejno ponovno nastavila in bi študent lahko dlje spal (mojmikro.si, 23.04. 2012). Internetu stvari pa nudijo podporo tudi spletne platforme, ki uporabnikom omogočajo povezavo njihovih naprav s storitvijo v oblaku in s tem pošiljanje podatkov z njihovih naprav, senzorjev spletnim platformam, ki te podatke hranijo, obdelujejo in prikazujejo. Uporabnikom ponujajo izdelavo raznih aplikacij, ki njihove podatke obdelajo in prikažejo v obliki raznih grafov. Poleg tega pa uporabnikom ponujajo povezavo z raznimi družbenimi omrežji ter upravljanje njihovih naprav. 1 Torej sem si za predmet preučevanja v diplomski nalogi izbral temo Internet stvari ter spletne rešitve s tega področja, saj je to trenutno zelo aktualna tema. Tako so iz zgoraj omenjenih raziskovalnih vprašanj nastale tri hipoteze, in sicer: 1. Danes na trgu obstajajo rešitve Interneta stvari, ki omogočajo uporabo poljubne strojne opreme. 2. Danes na trgu obstajajo rešitve Interneta stvari, ki so dovolj zrele in preproste, da ljudem z njihovo uporabo omogočajo boljši način življenja. 3. Na trgu tudi obstajajo rešitve Interneta stvari, ki jih lahko podjetja, ki se ukvarjajo z razvojem digitalnih naprav, uporabijo za podporo svojim produktom, namesto da vlagajo v razvoj lastne rešitve. Cilj diplomske naloge je ugotoviti, katere rešitve s področja Interneta stvari danes že obstajajo, primerjava teh rešitev, na podlagi določenih kriterijev ter ugotoviti, katera rešitev najbolj ustreza kriterijem in morebiti potrjuje hipoteze diplomske naloge. 2 INTERNET STVARI Internet se je sprva začel kot »Internet računalnikov«, globalno omrežje, ki omogoča storitve, kot so WWW (svetovni splet), FTP (protokol prenosa podatkov) in druge, ki omogočajo računalnikom, da komunicirajo med seboj in si izmenjujejo informacije (Doukas, 2012). Komunikacija med računalniki se je začela z elektronsko izmenjavo podatkov (EDI), ki je omogočila neposreden dialog med dvema osebnima računalnikoma. S prihodom interneta so se vsi računalniki, ki so bili povezani z njim, pogovarjali med seboj, s priključitvijo mobilnih telefonov pa je povezava postala mobilna. Razvoj, ki smo mu priča zadnje čase, pa je razširitev tega interneta na vse objekte (stvari) okoli nas ( Casaleggio Associati, 2011). 2 Slika 2.1: Evolucija Interneta ljudi do Interneta stvari Vir: Casaleggio Associati (2011) V zadnjem času procesna moč ter kapaciteta spomina naprav naraščata, medtem ko tehnologija ustvarja bolj prodorne in mobilne naprave. Poleg tega se omrežne tehnologije razvijajo, tako da komunikacijski sistemi postajajo vse manjši in cenejši. Naprave so vse bolj opremljene s senzorji in aktuatorji (sprožilci), s katerimi ustvarjajo okolje, povezano z omrežjem. Naprave lahko zaznavajo, računajo in postajajo vse bolj inteligentne. Priča smo nastajanju Interneta stvari (Internet of Things - IOT) – kasneje ISt. Obstaja veliko definicij Interneta stvari, kar nam tudi pojasni njegove glavne funkcionalnosti in pa to, kaj lahko pričakujemo, ko povežemo stvari med seboj in z internetom. Nekateri opisujejo internet stvari tudi kot del interneta prihodnosti (Future Internet) (Doukas, 2012). Definicija Interneta stvari (IoT SRA-CERP Cluster 2009): Internet stvari (ISt) je sestavni del interneta prihodnosti in bi ga lahko opredelili kot dinamično globalno infrastrukturo s samonastavljivo zmogljivostjo, na podlagi standardnih in povezljivih komunikacijskih protokolov, kjer imajo fizične in virtualne stvari svoje identitete, fizične značilnosti in virtualne osebnosti. Uporabljajo pametne vmesnike ter se lahko povezujejo z informacijskimi omrežji. Od stvari v ISt se pričakuje, da bodo aktivno sodelovale v poslovnih, informacijskih in socialnih procesih, kjer lahko komunicirajo med seboj in z okoljem, tako z izmenjavo podatkov in infomacij, ki so jih zaznale v tem okolju, kot z ustvarjanjem resničnih/fizičnih dogodkov ter vplivanjem nanje s procesi, ki sprožajo akcije in ustvarjajo storitve z ali brez človeškega posredovanja. Vmesniki v obliki storitev lajšajo komunikacijo s temi »pametnimi stvarmi« preko interneta. Omogočajo pregledovanje 3 in spremembe njihovega stanja ter pregled vseh informacij, povezanih z varnostjo in zasebnostjo uporabniškega računa (internet-of-things.eu). Internet stvari je nova revolucija interneta. Objekti (stvari) lahko postanejo prepoznavne in pridobijo znanje, zahvaljajoč dejstvu, da lahko delijo informacije o sebi in dostopajo do informacij o drugih objektih. Budika se zažene prej, če so na cestah zastoji. Rastline lahko škropilnemu sistemu sporočijo, kdaj je čas za zalivanje. Tekaški copati sporočajo čas, hitrost in razdaljo tako, da lahko tekači v realnem času tekmujejo z nasprotniki na drugem koncu sveta. Posodice za zdravila sporočajo vaši družini, če ste pozabili vzeti zdravila. Vsi objekti dobijo aktivno vlogo, zahvaljajoč se njihovi povezavi z internetom (Casaleggio Associati, 2011). Internet stvari je koncept, v katerem se virtualen svet informacijskih tehnologij zlahka povezuje s svetom stvari. Realen svet postane veliko bolj dostopen preko računalnikov in omrežnih naprav, tako v poslovnih, kot v vsakdanjih primerih. Z dostopom do podrobnejših informacij bo upravljanje lahko prehajalo iz makro na mikro stopnje ter ga bo lahko meriti, načrtovati in učinkovito izvajati. Vsekakor pa je Internet stvari več kot le poslovno orodje za učinkovitejše upravljanje poslovnih procesov – omogočal bo tudi bolj priročen način življenja (Uckelmann in drugi, 2011). Za vse, ki so navdušeni nad elektroniko, in za tiste, ki se ukvarjajo z raznoraznimi senzorji, ISt predstavlja tako nove priložnosti, kot nove izzive pri upravljanju s podatki, ki so jih pridobili z njihovimi senzorskimi sistemi, ki si jih bodo vgradili v svoje okolje (Doukas, 2012). Koncept Interneta stvari smo zasledili že leta 1984. Besedna zveza Internet stvari se je pojavila prvič leta 1998. Skoval jo je Kevin Ashton. ISt je Ashton opisal kot računalnike, ki avtomatsko zaznavajo in identificirajo vsakodnevne objekte, ki jih obdajajo. Še istega leta je Nadzorni organ Evropske komisije za informacijsko-komunikacijsko tehnologijo (ISTAG – European Union's Information Society Technologies Program Advisory Group) neodvisno od Ashtona v svojem poročilu uporabil podoben termin s podobnimi značilnostmi - Ambientna inteligenca (Ambient Intelligence). Pojem naj bi predstavljal konvergenco vsepovsod prisotnega računalništva, komunikacije in inteligentnega, do uporabnika prijaznega uporabniškega vmesnika. Leta 2003 je bila na simpoziju EPC (Electronic Product Code) predstavljena prva platforma EPC omrežja. Kevin Ashton je na tej konferenci napovedal, da 4 bodo lahko omrežja EPC omogočala strojem zaznavanje drugih objektov kjerkoli na svetu in s tem učinkovito ustvarili ISt. Leta 2005 se je odzval tudi ITU (International Telecommunication Union) ter izdal poročilo o internetu stvari. Tudi ITU je ISt opisal kot vizijo stalne povezljivosti, kjer nove tehnologije, kot je RFID, vgrajeni sistemi, inteligentno računalništvo in nanotehnologija obljubljajo svetu omrežene in med seboj povezane naprave, ki omogočajo relevantno vsebino in informacije, kjerkoli se uporabnik nahaja. ITU je v poročilu izpostavil, da ISt prinaša številne izzive, pri čemer bo igralo ključno vlogo zagotavljanje ustreznega varstva zasebnosti in podatkov (Kunc, 2011). Po mnenju podjetja Cisco je ISt preprosto točka v času, ko je z internetom povezanih več stvari kot ljudi. Leta 2003 je bilo na svetu približno 6.3 miljarde ljudi in okoli 500 milijonov naprav povezanih z internetom. Če število naprav delimo s številom svetovne populacije, lahko vidimo, da je bilo približno 0,08 naprave na osebo. Po mnenju podjetja Cisco leta 2003 ISt še ni obstajal, zaradi tega, ker je bilo število povezanih naprav relativno majhno glede na to, da so bile naprave, kot so pametni telefoni, ravno predstavljene javnosti. Na primer, Steve Jobs je šele leta 2007, na konferenci Macworld predstavil iPhone. Hitra rast in razvoj pametnih telefonov in tabličnih računalnikov pa je do leta 2010 povečala število naprav na 12,5 miljarde, medtem ko se je število ljudi povečalo na okoli 6,8 miljarde, tako da je bilo število povezanih naprav na osebo, prvič v zgodovini, več kot 1. Glede na te številke podjetje Cisco ocenjuje, da se je ISt »rodil« nekje med leti 2008 in 2009 (Evans, 2011). Slika 2.2: Naraščanje števila povezanih naprav po letih Vir: Cisco IBSG v Evans (2011, str.3) 5 Če pogledamo v prihodnost, Cisco napoveduje, da bo do leta 2015 25 miljard in do leta 2020 50 miljard naprav povezanih z internetom. Predstavljajmo si, da imamo napravo velikosti škatlice vžigalic, ki lahko zaznava temperaturo, vlago in svetlobne pogoje sobe in lahko o teh pogojih poroča direktno na spletni servis. Odčitki senzorjev so lahko dostopni samo preko vašega priljubljenega spletnega brskalnika, preko vašega mobilnega telefona ter preko drugih naprav v vašem prostoru, kot so centralna kurjava, klimatski sistem ali pa kontrolni sistem notranjih luči. Te naprave lahko samodejno uravnavajo toploto in osvetlitev vašega prostora, tako da vam ustvarijo takšne pogoje, ki ste jih vi definirali na spletnem servisu. Za vzpostavitev takega sistema pa vam ni potrebno graditi čisto od začetka. Skrbeti vam ni potrebno tudi za ravnanje s podatki; kako so podatki shranjeni na spletu, kakšne vrste spletnih strežnikov in aplikacij uporabljate za svojo storitev, kako zaščititi podatke in kako nastaviti različne kodirne mehanizme. Ni se vam potrebno tudi naučiti razviti svojo mobilno aplikacijo za komunikacijo s spletnim servisom. Spletni servis, ki upravlja vaše podatke, pridobljene z različnimi senzorji, mobilne aplikacije, komunikacijski vmesniki in protokoli za izmenjavo podatkov so vam na voljo, da jih izkoristite in raziščete. To so aplikacije in značilnosti obstoječih platform, ki uporabniku priskrbijo funkcionalnosti Interneta stvari (Doukas, 2012). Da bi razumeli pomembnost Interneta stvari, moramo najprej razumeti razliko med internetom in svetovnim spletom (WWW). Ljudje ta dva pojma pogosto zamenjajo. Internet je fizična plast ali omrežje, sestavljeno iz stikal, usmerjevalnikov in druge opreme. Primarna funkcija omrežja je prenos informacije s točke A do točke B hitro, zanesljivo in varno. Splet pa je po drugi strani aplikacijska plast, ki deluje na omrežju. Njegova primarna naloga je zagotavljanje vmesnika, ki omogoča, da informacija kroži po omrežju in postane uporabna. Splet je šel skozi več različnih razvojnih stopenj: Stopnja 1 - Najprej je bila stopnja raziskave, ko se je Splet imenoval Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET). V tem času je Splet primarno uporabljala akademija za raziskovalne namene. Stopnja 2 - Druga stopnja, ki se je imenovala tudi »gold rush«, se je fokusirala na potrebe skoraj vsakega podjetja po delitvi informacij na internetu, da bi se ljudje lahko učili o njihovih produktih in storitvah. 6 Stopnja 3 - V tretji stopnji je Splet prešel iz statičnih podatkov na transakcije, s katerimi so lahko ljudje produkte in storitve kupili ali prodali. S transakcijami so bil storitve lahko tudi dostavljene. V tej stopnji razvoja sta podjetji, kot sta eBay in Amazon prodrli na trg. To stopnjo si bomo za vedno zapomnili kot »dot-com« razcvet. Stopnja 4 - V četrti, sedanji stopnji, pa je Splet »socialen«, kjer so podjetja, kot so Facebook, Twitter in Groupon postala zelo priljubljena in dobičkonosna, s tem da dopuščajo ljudem komuniciranje, povezovanje in izmenjavo informacij (besedil, fotografij in video posnetkov) o sebi s prijatelji, družino in kolegi. V primerjavi z ISt je je bil internet na stalni poti k razvoju in izboljšavi, a se domnevno ni veliko spremenil. V splošnem še vedno opravlja isto funkcijo, ki mu je bila dodeljena v dobi ARPANET. Na primer, v zgodnjih dneh je bilo veliko komunikacijskih protokolov, kot so AppleTalk, TokenRing in IP. Danes pa je internet standandiziran na IP. V tem smislu postaja Internet stvari zelo pomemben zato, ker je prva prava stopnja razvoja interneta. To je preskok, ki vodi do revolucionarnih aplikacij s potencialom, da dramatično izboljšajo način, kako ljudje živijo, se učijo, delajo in se zabavajo. ISt je že ustvaril internetno zaznavanje (temperature, tlaka, vibracij, osvetlitve, vlage, stresa), ki nam omogočajo, da postanemo bolj dejavni in manj odzivni (Evans, 2011). 2.1 Funkcionalni pogled Interneta stvari Koncept ISt temelji na unikatno razpoznavnih stvareh z njihovo virtualno predstavitvijo v internetni strukturi in na ISt rešitvah sestavljenih s komponent, kot so: Modul za komunikacijo z lokalnimi ISt napravami (na primer vgrajen v mobilnem telefonu ali pa se nahaja v neposredni bližini uporabnika in se zato lahko poveže preko brezžičnega vmesnika). Ta modul je zadolžen za pridobivanje ugotovitev in za pošiljanje teh ugotovitev na oddaljene strežnike za analizo ter shranjevanje. Modul za lokalno analizo ugotovitev, ki ga potrebujejo ISt naprave. Modul za komunikacijo z oddaljenimi ISt napravami, neposredno preko interneta ali pa bolj verjetno preko posrednika (proxy). Ta modul je zadolžen za pridobivanje ugotovitev in za pošiljanje teh ugotovitev na oddaljene strežnike za analizo ter shranjevanje. 7 Modul za analizo in obdelavo specifičnih aplikacijskih podatkov. Deluje na aplikacijskem strežniku in služi vsem strankam. Zahteve prejema od mobilnih in spletnih strank. Ob prejemu relavantnih ISt ugotovitev zažene primerne algoritme za obdelavo podatkov ter ustvari rezultate, v smislu znanja, ki je potem predstavljeno uporabniku. Modul za povezavo ISt informacij v poslovne procese podjetja. Ta modul bo pridobival na pomembnosti s povečano uporabo ISt podatkov, kot pomembni faktor v vsakdanjem poslovanju ali v poslovni strategiji. Uporabniški vmesniki (mobilni ali spletni): vizualna predstavitev merjenih podatkov v danem kontekstu (npr. na zemljevidu) in komunikacija z uporabnikom (Smith, 2012). Pomembno je poudariti, da je eden ključnih faktorjev za uspeh ISt odmik od zaprtih sistemov proti bolj odprtim sistemom, baziranim na odprtih vmesnikih API (Application Programming Interface) in standardnimi protokoli na različnih stopnjah sistema. Veliko število aplikacij, ki so dostopne na trgu, je zelo pripomoglo k uspehu industrije pametnih telefonov. Razvoj tako velikega števila aplikacij za pametne telefone je mogoč zaradi velikega števila raziskovalcev, povezanih v to raziskovalno skupnost.Podobno kot pri pametnih telefonih, je tudi pri ISt potrebno vzpostaviti ekosistem, ki bo definiral odprte vmesnike API za razvijalce in omogočil primerne načine za ponudbo novih aplikacij. Taki API vmesniki imajo določeno pomembnost na nivoju modula za analizo in obdelavo specifičnih aplikacijskih podatkov, omogoča aplikacijskim razvijalcem vpliv na osnovno komunikacijsko infrastrukturo ter uporabljajo in kombinirajo informacije, pridobljene z različnimi ISt napravami za pridobivanje dodane vrednosti (Smith, 2012). 2.2 Stvari Kadar govorimo o Stvareh, imamo v mislih naprave in vsakodnevne objekte, od manjših, kot so ročne ure in medicinski senzorji, do zelo velikih, kot so roboti, avtomobili in stavbe. To so naprave, ki komunicirajo z uporabnikom z ustvarjanjem in prejemanjem informacij o in iz njihovega okolja. Prav tako vsebujejo strojno opremo, ki jim omogoča nadzor in krmiljenje (releji). Ni pomembno, katero definicijo Interneta stvari najdete, glavni koncept tehnologije in implementacije ISt je isti. Naprave so povezane z virtualni svetom – internetom in komunicirajo s pomočjo sledenja, zaznavanja in nadzorovanjem objektov in njihovega okolja. Uporabniki in razvijalci jim dodajo komponente, sposobnosti zaznavanja in povezovanja, jih 8 programirajo, da izvajajo raznorazne naloge in izdelujejo spletne aplikacije ki komunicirajo z napravami. Funkcije teh naprav, ki so člani omrežja Interneta stvari, so lahko naslednje: Zbiranje in posredovanje podatkov: Naprave s svojimi senzorji zaznavajo okolje (vaš dom ali vaše telo) in zbirajo informacije v tem okolju (temperatura, svetlobni pogoji), ter te informacije posredujejo drugim napravam (vaš mobilni telefon, prenosni računalnik) ali pa kar na internet. Aktivacija drugih naprav s pomočjo sprožilcev: Te pametne naprave je mogoče programirati, da aktivirajo druge naprave (prižgejo luči, ugasnejo ogrevanje) glede na pogoje, ki jih določi uporabnik. Na primer, uporabnik lahko sprogramira napravo, ki prižge luč, ko v sobi postane temno. Prejemanje informacij: Ena od edinstvenih značilnosti ISt naprav je, da lahko prejemajo informacije od omrežja, ki mu pripadajo (drugih naprav) ali pa preko interneta (informacije od uporabnika, v obliki novega sprožilca, novega stanja operacije, ali pa o novi funkcionalnosti). Pomoč pri komunikaciji: ISt naprave, ki so del omrežja naprav, lahko tudi pomagajo pri komunikaciji (posredovanje podatkov) med različnimi deli (napravami) v istem omrežju. Lahko so posredniki med napravami (Doukas, 2012). 9 Slika 2.3: Internet stvari Vir: Doukas (2012, str.3) Z obzirom na pametne stvari je potrebno razviti nekaj glavnih raziskovalnih osi: pridobivanje in ohranjanje energije, vključevanje pametnih komponent v materiale ter kombiniranje in vključitev različnih podsistemov v celovite in bolj kompleksne sisteme. V vseh fazah pridobivanja, ohranitve in porabe energije obstaja potreba po rešitvi, s katero bi bilo zbiranje in shranjevanje energije brez izgub ter poraba te energije čimbolj učinkovita. Naprave, kot so mobilni telefoni, bi morali proizvesti toliko energije, ki jo potrebujejo, bodisi s fotovoltaičnimi celicami ali pa s transformacijo vibracij ter premikov v električno energijo. Trenutni razvoj tehnologije ni dovolj in kapaciteta energije je premajhna za spopadanje s prihajajočimi potrebami. Razvoj novih, bolj učinkovitih virov shranjevanja energije, kot so baterije, gorivne celice in polimerne baterije, kot tudi novih naprav za proizvodnjo energije, bo ključni dejavnik za uvedbo samostojnega brezžičnega pametnega sistema, ki bo temelj vsaki ISt arhitekturi ( Van Kramburg in drugi, 2011). Druga smer tehnološkega razvoja na področju pametnih stvari, pa je praktično še en korak naprej. Integracija čipov in anten v nestandardne stubstrate, kot sta tekstil in papir, bo postala prevladajoči tehnološki trend v prihajajočih letih. Kovinski in novi substrati, bazirani na 10 polimerih, s prevodnimi potmi, ki bolje prenašajo težka okolja ter so bolj okoljsko prijazni, bodo postali vsakdanji tako, kot je danes silicij. Z induktivnimi ali kapacitivnimi spoji specifično oblikovanih anten se bo moč izogniti galvanskim povezovanjem in s tem povečati zanesljivost ter omogočiti še hitrejše proizvodne procese. Cilj mora biti fizična integracija RFID (Radiofrekvenčna identifikacija) strukture z materialom objekta, da se lahko identificira in deluje kot antena. Nekaj let nazaj sta podjetji PolyIC ter Philips predstavili protitipa polimernih RFID značk. Vzporedno pa je podjetje Hitachi razvilo silicijevo ultra tanko strukturo za nadaljnjo miniaturizacijo, predvsem pa za odpornost na neugodne pogoje ter embalaže, zaradi vključitve v pogosto uporabljene predmete (Smith, 2012). 2.3 Internet Ne glede na perspektivo, na raznih področjih obstaja potreba po večjih raziskovalnih dosežkih, saj danes ne obstaja samo en način identifikacije objekta v ISt, temveč obstajajo standardi, kot so 2-D črtne kode, GS1, uID, IPv6 protokol, vendar niso združljivi. Poleg tega morajo biti arhitekture, ki lahko vodijo h katerikoli implementaciji resničnega sistema, identificirane in standardizirane. Varnostni mehanizmi morajo zagotoviti zadostno stopnjo varnosti in zasebnosti podatkov. Komunikacijski protokoli, od fizične plasti do vmesnikov s storitvami in aplikacijami, potrebujejo znaten napredek za kakršnokoli prihodnjo vizijo ISt (Van Kramburg in drugi, 2011). Znotraj internetnega dela ISt , ki se ukvarja s komunikacijo med stvarmi, je potrebno razviti združljivost različnih načinov komunikacije. Danes so različni komunikacijski mehanizmi prikazani v tabeli, nameščeni v aplikacijah, zato bodo morale vse nove tehnologije zagotoviti sodelovanje, povezovenje ter skupno delovanje različnih protokolov. Potrebno pa je vedeti tudi, da je življenjska doba omrežnih tehnologij krajša kot življenjska doba fizičnih objektov, ki so povezani z omrežjem. V skupnem internetu, za povezovanje med spodnjo plastjo ter storitvami, skrbi IP (Internet Protocol). Ponavadi so omrežne tehnologije predstavljene v obliki peščene ure z IP plastjo v sredini in to se ponavadi imenuje »ozko grlo« interneta (Smith, 2012). 11 Tabela 2.1: Protokoli fizičnih komunikacijskih vmesnikov, uporabljenih s strani objektov Tip fizičnega komunikacijskaga vmesnika 802.15.x series (Zigbee, Bluetooth, RFID, itd.) Tip komunikacije Protokoli Wireless NWK/APS/API (all nonIP) WIFI Wireless IP-TCP/UDP UWB Wireless Baseband/ LinkManager/L2CAP (nonIP) Network Transport Upper Network Transport Upper Network Transport Upper OSI plasti Sensor network busses (CAN, profibus,...) Serial USB Fixed Up to data link Data Link Fixed Fixed/Wireless Up to data link Up to data link DeviceNet Fixed DeviceNet Network and transport ControlNet Fixed ControlNet Network and transport Ethernet/IP Fixed IP-TCP/UDP Data Link Data Link Network Transport Upper Network Transport Upper Network Transport Upper Fixed Network/Transport layers according Net- work layer/Transport to KNX and LonWorks specifications Power line (KNX, LonWorks) Network/ Transport Vir: Smith (2012, str. 128) Vprašanje, kakšna je oblika »ozkega grla« ISt, in ali zaradi take raznovrstnosti tehnologij ISt sploh obstaja, bi moralo biti primarno vprašanje pri nadaljnji raziskavi. Primer kompleksnosti je lahko opis komunikacijske plasti na klasičen način, pri katerem si lahko predstavljamo »tanko plast« pod aplikacijsko plastjo in nad različnimi tehnologijami, ki se uporabljajo za prenos informacij, kot lepilo med različnimi rešitvami, razvitimi za poseben cilj, s pomočjo specifičnih tehnologij.Vsekakor pa je ta rešitev preveč poenostavljena, saj bi potrebovali prehode na visoki ravni med posameznimi tehnologijami, to pa ni smiselno, tako v tehnološkem, kot v ekonomskem smislu (Smith, 2012). 12 TEHNOLOŠKI VIDIK INTERNETA STVARI 3 Uresničitev koncepta ter vizije Interneta Stvari je možna samo preko integracije različnih tehnologij. 3.1 Tehnologije identifikacije, zaznavanja in komunikacije Kjerkoli, kadarkoli in preko kateregakoli medija (»any PLACE«, »any TIME«, »any MEDIA«) je bila že zelo dolgo vizija, ki je potiskala naprej napredek v komunikacijskih tehnologijah. V tem kontekstu so brezžične tehnologije igrale ključno vlogo, tako da je bilo razmerje med številom oddajnikov in ljudmi približno 1:1. Vsekakor nas je zmanjševanje velikosti, teže, porabe energije ter cene oddajnikov pripeljalo v novo dobo, v kateri število oddajnikov zelo hitro raste. To omogoča integracijo oddajnikov v skoraj vsak objekt in tako dodati pojem karkoli »any THING« viziji, ki vodi h konceptu Interneta Stvari (Atzori in drugi, 2010). Slika 3.1: Povezava KJERKOLI, KADARKOLI, KARKOLI Vir: Smith (2012, str. 25) 3.1.1 Radio-frekvenčna identifikacija Radio-frekvenčna identifikacija (RFID) je sistem, sestavljen iz čitalnika (ang. reader) in značke (ang. tag). RFID je uporaba brezkontaktnega brezžičnega sistema, ki uporablja radio13 frekvenčne signale za prenos podatkov z značke, pritrjene na stvar, z namenom avtomatske identifikacije in sledenja. RFID značka služi podobnemu namenu kot črtna koda ali magnetni trak na kreditni kartici. Namen je, da stvari, na katero je pritrjena, zagotavlja unikatno identifikacijo. RFID značka je majhen oddajnik, ki se odziva na poizvedbe čitalnika, tako da brezžično pošlje svojo serijsko številko ali katero drugo vrsto identifikacije. Pogosto so uporabljene za sledenje predmetom v proizvodnih okoljih ali pa za označevanje izdelkov. (Jechlitschek, 2006). Ko RFID značka vstopi v območje čitalnika, ta s pomočjo antene sprejme podatke, ki so zapisani v znački. Čitalnik lahko v kratkem času identificira zelo veliko število značk, tudi več kot 100 v sekundi (Glušič, 2008). RFID značke so sestavljene iz: mikročipa antene baterije (samo aktivne značke). Velikost čipa je predvsem odvisna od antene. Velikost in oblika sta odvisni od frekvence, ki jo značka uporablja. Velikost značke, je odvisna tudi od področja, kjer se uporablja. Meri lahko manj kot milimeter za vsadke, ali pa so lahko velikosti knjige, za potrebe v transportu kontejnerjev. Kar zadeva mikročipe, nekatere značke vsebujejo tudi prepisljivi pomnilnik, kjer se lahko shranijo posodobitve med branji ali pa novi podatki (npr. serijske številke) (Jechlitschek, 2006). Obstajajo različne oblike RFID značk, kot so škatlice, ploščice, etikete, kartice in podobno. Uporabljajo se za plačilo cestnine, prepoznavanje artiklov v trgovinah, sledenje živali, spremljanje pošiljk v logistiki, kodiranje ključev idp. Poleg tega da RFID značka lahko prenaša veliko količino podatkov, je tudi imuna na umazane ter prebarvane nalepke, saj komunikacija med značko in čitalnikom poteka preko radijskih valov (Glušič, 2008). V povezavi z energijo ločimo tri vrste RFID značk: Pasivne – so značke, ki nimajo svojega notranjega vira električne energije, tako da so odvisne od energije, ki jim jo s signalom prenese čitalnik. To pomeni, da mora čitalec vzdrževati povezavo, dokler transakcija ni zaključena. Te značke so najmanjše in najcenejše zaradi tega, ker nimajo svojega vira energije. Poleg tega pa je tudi bralni domet teh značk nekje med dvema milimetroma do nekaj metrov. Prednost teh značk je dejstvo, da jih lahko ustvarimo s tiskanjem. Še ena prednost pa je, da imajo neomejeno življenjsko dobo, saj niso odvisne od vira energije (Jechlitschek, 2006). 14 Slika 3.2: Pasivna RFID značka Vir: Wikipedia Polaktivne – so značke, ki imajo svoj lastnen vir energije, ki napaja mikročip ves čas. Te značke imajo številne prednosti. Zaradi napajanja mikročipa se lahko hitreje odzovejo na signal čitalnika, tako pa se poveča število značk, ki jih čitalnik lahko identificira v sekundi, kar je pri nekaterih aplikacijah zelo pomembno. Poleg tega pa zaradi lastnega vira energije ni potrebe po anteni, zato lahko značko priredimo tako, da odbija signale nazaj proti čitalniku in s tem povečamo doseg. Ker pa značke ne uporabljajo energije iz okolja, pa je ta odbiti signal še močnejši. Pol aktivne značke imajo zato ponavadi daljši doseg od pasivnih (Jechlitschek, 2006). Slika 3.3: Polaktivna RFID značka Vir: Matt Reynolds' Research Page Aktivne značke – so značke, ki tako kot polaktivne značke vsebujejo baterijo, vendar uporabljajo energijo tako za napajanje mikro čipa, kot za ustvarjanje signala na anteni. Te značilnosti značkam povečajo ceno in tudi dimenzije, ter jim daje številne prednosti, kot so zelo velik doseg (malo manj kot sto metrov), večjo moč oddajanja ter boljša zanesljivost in kljubovanje slabšim pogojem. Zaradi teh prednosti so dražje, slaba lastnost pa je, čeprav baterija, ki jih napaja zdrži nekaj deset let, da potrebujejo vzdrževanje (Glušič, 2008). 15 Slika 3.4: Aktivna RFID značka Vir: www.intechopen.com Tehnologija RFID ima svoje korenine v vojski, in sicer so prvo aplikacijo, imenovano IFF (Identification Friend or Foe), razvili v Veliki Britaniji ter jo uporabili v drugi svetovni vojni. Na letala so namestili oddajnike, tako da so ločili svoja letala od sovražnikivih in s tem preprečili streljanje na svoja letala. Če letalo ni pravočasno poslalo signala, so ga označili za sovražnega. Prva komercialna RFID apliikacija je bila EAS (Electronic Article Surveillance). Razvita je bila v sedemdesetih letih, kot sistem za preprečevanje kraje. Zasnovan je bil na znački, ki je lahko shranila 1 bit podatkov. Čitalnik na izhodu iz trgovine je identificiral značke in če značka ni bila odstranjena, se je sprožil alarm. Konec sedemdesetih let so se RFID značke uveljavile v kmetijstvu za označevanje živali (Jechlitschek, 2006). RFID je ena izmed mnogih tehnologij v ISt, ki omogoča identifikacijo stvari, a ne nujno najpomembnejša. RFID predstavlja majhen del celotnega področja, glede na to, da je ISt sestavljen iz pametnih stvari, večinoma iz več vrst senzorjev in sprožilcev, majhnih objektov, ki so med seboj povezani ne samo z radijskimi tehnologijami, temveč tudi z žičnimi tehnologijami. ISt aplikacije bodo v velikem obsegu uporabljene na inovativnih področjih kot avtomatizacija industrije, pametna omrežja, pametna mesta, avtomatizacija zgradb itd. Da bi bili unikatno naslovljeni, morajo imeti pametni objekti neke vrste elektromagnetno identifikacijo, tako da bodo RFID značke uporabljene za označevanje proizvedenih stvari vseh vrst ( Van Kramburg in drugi, 2011). 3.1.2 Tehnologija brezžičnih senzorskih omrežij Zelo pomembni gradniki ISt so tudi brezžična senzorska omrežja WSN (wireless sensor networks). WSN je skupek senzorskih vozlišč (ang. Sensor nodes), sestavljenih v sodelujoče omrežje. Vsako vozlišče omogoča procesiranje (mikrokontrolerji, CPU ali DSP čipi), lahko 16 vsebujejo več vrst spomina (programski, podatkovni, flash), ima lahko RF oddajnik, vir energije (baterija) ter različne senzorje in sprožilce. Vozlišča med seboj komunicirajo preko brezžične povezave ter se sama organizirajo. Pričakovati je sisteme z 1000 ali 10000 vozlišči. Taki sistemi pomenijo revolucijo v našem načinu življenja in dela (Stankovic, 2006). Slika 3.5: Arhitektura brezžičnega senzorskega omrežja Vir: http://wisene.blogspot.com (2010) Koncept brezžičnih senzorskih omrežij temelji na preprosti enačbi: Zaznavanje (Sensing) + CPU + Radio = Tisoče potencialnih aplikacij Dejansko povezovanje senzorjev, radijskih valov ter CPUja v zanesljivo brezžično senzorsko omrežje zahteva natančno razumevanje zmožnosti ter omejitev vsake osnovne komponente strojne opreme, kot tudi natančno razumevanje trenutnih omrežnih tehnologij. Vsako posamezno vozlišče mora biti zasnovano tako, da zagotavlja nabor gradnikov za sintezo povezane mreže, ki se bo pojavila ob postavitvi. Med tem se sreča tudi z zahtevami po velikosti, ceni ter porabi energije (Hill, 2003). Brezžična senzorska omrežja WSN so v preteklih letih postala prepoznavna tudi zaradi širjenja v tehnologiji MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), ki je omogočila razvoj pametnih senzorjev. Ti senzorji so majhni, z omejenimi procesnimi viri ter so cenejši v primerjavi z navadnimi senzorji. Taka senzorska vozlišča lahko zaznavajo, merijo ter pridobivajo podatke iz okolja ter pridobljene podatke pošljejo uporabniku. Pametna senzorska vozlišča so naprave z nizko močjo, opremljene z enim ali več senzorjev, procesorjem, spominom, virom energije ter sprožilcem. Množica različnih mehaničnih, toplotnih, bioloških, kemičnih, optičnih ter magnetnih senzorjev je lahko priključena na senzorsko vozlišče, za 17 merjenje značilnosti okolja. Zato, ker imajo senzorska vozlišča ponavadi omejeno količino spomina in so ponavadi razporejena na težko dostopnih lokacijah, vsebujejo RF oddajnik za brezžično komunikacijo z glavno postajo (prenosni računalnik, osebna ročna naprava ali pa dostopna točka fiksne infrastrukture). Poleg baterije, ki jo senzorsko vozlišče uporablja kot vir energije, lahko vozlišču dodamo solarni sistem, s katerim vozlišče energijo črpa iz okolja, glede na to, v kakšnem okolju se vozlišče nahaja. Senzorji lahko vsebujejo tudi sprožilce, odvisno od aplikacije, ter vrste uporabljenega senzorja. Brezžična senzorska omrežja imajo ponavadi zelo malo ali pa sploh nimajo infrastrukture. Omrežje je sestavljeno iz zelo velikega števila senzorskih vozlišč, ki delujejo skupaj, za potrebe nadzorovanja regije, in tako pridobivajo podatke iz okolja. Obstajata dve vrsti WSN omrežij, in sicer strukturirano in nestrukturirano. Nestrukturirano brezžično senzorsko omrežje je tisto, ki vsebuje gosto zbirko senzorskih vozlišč. Vozlišča so lahko v prostoru razporejena v »ad hoc« razporeditvi. Postavljeno omrežje brez nadzora opravlja funkciji nadzorovanja okolja ter poročanja uporabniku. V nestrukturiranem WSN omrežju je zaradi velikega števila senzorskih vozlišč zelo težak nadzor nad omrežjem, in sicer upravljanje povezljivosti ter odkrivanje napak. V strukturiranih brezžičnih omrežjih so vsa ali pa nekaj senzoskih vozlišč razporejenih po v naprej določenem načrtu. Prednost strukturiranih WSN omrežij je v tem, da je lahko razporejenih manj senzorskih vozlišč, z manjšim nadzorom nad omrežjem ter manjšimi stroški upravljanja. Za strukturirano WSN omrežje potrebujemo manj vozlišč, saj so razporejena na specifične lokacije, da zagotavljajo boljšo pokritost, medtem ko imajo nestrukturirana WSN omrežja z »ad hoc« razporeditvijo nepokrite dele (Yick in drugi, 2008). Potencialne aplikacije za obsežna brezžična senzorska omrežja obstajajo na zelo različnih področjih, tako za spremljanje zdravstvenega stanja in okoljskih pogojev, za izvajanje nadzora, za zagotavljanje varnosti doma, za raznovrstne vojaške operacije ter za spremljanje industrijskih strojev. Dva primera za razumevanje raznolikosti aplikacij, ki so lahko podprte z brezžičnimi senzorskimi omrežji: Nadzor (Surveillance): Recimo, da je na velikem območju, kot je vojaško bojišče, razporejenih veliko omrežnih senzorjev (zvočnih, seizmičnih, video). Na podlagi takih senzorskih omrežij so lahko zasnovane aplikacije za izvajanje nadzora, ki uporabniku lahko priskrbijo informacije o okolju. V takih senzorskih omrežjih je razpon kvalitete podatkov od surovih senzorskih podatkov, do podrobnega opisa dogajanja v okolju, če se podatki obdelajo lokalno. Aplikacije od senzorskih omrežij zahtevajo kvaliteto storitve (QoS – quality of service), kot so zahtevan minimalen odstotek pokritosti senzorjev, tam, kjer se najbolj pričakuje, da se bo dogodek zgodil, ali pa zahtevana 18 maksimalna verjetnost, da dogodka senzorji ne bodo spregledali. Istočasno se od senzorskega omrežja pričakuje, da bo takšno kvalitetno delovanje zagotavljalo dlje časa (več mesecev ali več let), z uporabo omejenih virov omrežja (energije), ter ne bo potrebovalo skoraj nobenega zunanjega posredovanja. Da se dosežejo taki cilji, je potrebno previdno oblikovanje tako senzorske strojne opreme, kot omrežnih protokolov. Spremljanje zdravstvenega stanja (Medical Monitoring): Drugačne aplikacije, ki lahko uporabijo tehnologijo brezžičnih senzorskih omrežij, lahko najdemo v medicini, in sicer na področju spremljanja zdravstvenega stanja. To področje sega od spremljanja bolnikov v bolnišnicah z uporabo brezžičnih senzorjev, da se ukine privezovanje ljudi na velike, žične naprave za spremljanje zdravstvenega stanja, do spremljanja bolnikov v primerih masovnih nesreč, do spremljanja ljudi v njihovem vsakdanjem življenju, zaradi zgodnjega zaznavanja ter posredovanja v primeru raznih vrst bolezni. V teh scenarijih se senzorji razlikujejo od miniaturnih, nosljivih na telesu, do zunanjih, kot so video kamere ali pa naprave za določanje položaja. V takem zahtevnem okolju morajo biti razvite zanesljive ter fleksibilne aplikacije. Recimo, da imamo aplikacijo za spremljanje osebnega zdravstvenega stanja, ki teče na dlančniku / pametnem telefonu ter prejema in analizira podatke, pridobljene z raznih senzorjev (elektrokardiografija, elektromiografija, krvni tlak, srčni utrip). Aplikacija reagira na potencialna zdravstvena tveganja ter informacije beleži v lokalni bazi podatkov. Glede na to, da bo večina senzorjev, uporabljenih za tako aplikacijo spremljanja osebnega zdravstvenega stanja, imelo napajanje iz baterije ter da bodo uporabljali brezžično komunikacijo, je povsem jasno, da bo taka aplikacija potrebovala omrežne protokole, ki so odlično delujoči, zanesljivi ter zaščiteni (Perillo in Heinzelman, 2005). Ključna storitev v WSN omrežjih je posredno usmerjanje (Multihop routing). Zaradi tega dejstva je bilo na tem področju vloženega že zelo veliko dela. Internetne ter MANET usmerjevalne tehnike v omrežju WSN ne delujejo najbolje. Internetno usmerjanje predpostavlja visoko zanesljive žične povezave, tako da so napake paketov zelo redke; to za omrežja WSN ne drži. Veliko MANET usmerjevalnih rešitev se zanaša na simetrične povezave (če vozlišče A lahko zanesljivo doseže vozlišče B, potem lahko tudi B doseže A) med sosedi; To večinoma ne drži v omrežjih WSN. Tovrstne razlike so pripeljale do izuma ter uvajanja novih rešitev. Za omrežja WSN, ki so velikokrat razporejena po »ad hoc« razporeditvi, se usmerjanje tipično začne z odkrivanjem sosedov. Vozlišča najprej pošljejo 19 serijo sporočil (paketov) in si tako sestavijo tabelo sosedov. Te tabele vsebujejo tudi minimalne podatke o sosedovi identiteti ter lokaciji. To pomeni, da morajo vozlišča poznati svojo lokacijo, preden začnejo iskati sosede. Druge informacije v tabelah so tudi sosedova zaloga energija, zamude preko tega vozlišča ter kvaliteta povezave. Ko enkrat tabele obstajajo, se v večini WSN usmerjevalnih algoritmih pošljejo sporočila z začetne lokacije proti naslovu prejemnika na podlagi geografskih kordinat, in ne preko IDjev. Tipičen usmerjevalen algoritem, ki deluje na tak način, je Geographic Forwarding (GF). Pri GF algoritmu vsako vozlišče pozna svojo lokacijo, sporočilo (paket), ki se pošilja, pa vsebuje tudi lokacijo naslovnika. Vozlišče, ki pošilja sporočilo, lahko izračuna, preko katerega soseda se bo dosegel največji napredek proti naslovniku, s pomočjo formule razdalje iz geometrije. Še en pomemben usmerjavalni model je neposredno razširjanje. Ta rešitev povezuje usmerjanje, poizvedovanje ter agregacijo podatkov. Tukaj se razširi poizvedba po podatkih oddaljenim vozliščem. Vozlišče z iskanimi podatki odgovori s predstavitvijo teh podatkov. Ta odgovor potuje nazaj proti poizvedovalcu po poti, ki je bila določena že v poizvedbi (Stankovic, 2006). 3.1.3 Tehnologija RFID – senzorskih omrežij Sistem RFID ter omrežje WSN sta zaradi svojih številnih prednosti ter široke uporabe v zgodovini najbolj razširjeni računalniški tehnologiji. RFID komunikacija je hitra, priročna in njena uporaba lahko znatno prihrani čas, izboljša storitev, zmanjša stroške delovne sile, povečuje produktivnost ter vzdržuje kakovost standardov. Uporaba skupnih aplikacij je vse od plačevanja cestnin, upravljanja oskrbovalne verige, javnega prevoza, nadzora vstopa v stavbe, sledenja živalim, razvoja pripomočkov za pametne domove, do iskanja lokacije otroka (Mitrokotsa, Douligeris). Namen RFID omrežij je zaznavanje prisotnisti označenih objektov in / ali ljudi. RFID tehnologija se uporablja tudi za pridobivanje lokacije objektov. Omrežja WSN pa se uporabljejo za zaznavanje okolja, lokacije ter identifikacijo objektov / ljudi. Sistemi WSN lahko zaznavajo temperaturo, vlago, tlak, vibracije, zvok, električno napetost, itd. (Liu in drugi, 2008). Osnovna ideja integracije sistema RFID z omrežjem WSN je povezava čitalnika z oddajnikom, ki ima funkcijo usmerjanja in lahko posreduje informacije drugim čitalnikom. Uporabniki bi lahko brali značke na oddaljenosti 100 – 200 metrov, in to presega vse normalne dosege čitalnikov. Integracija RFID in WSN lahko zagotovi razširitev RFID aplikacij, za delovanje na širšem območju. Integrirano WSN vozlišče je sestavljeno iz RFID 20 čitalnika, oddajnika ter mikrokrmilnika, ki upravlja različne komponente vozlišča. Vloga mikrokrmilnika je tudi nadzor nad RFID čitalnikom ter drugimi komponentami, ki so v stanju mirovanja. Značke, integrirane z WSN, lahko komunicirajo z drugimi značkami ter tvorijo omrežje večjega števila zank (multiple loop network). Vsako integrirano vozlišče odda ne samo svoje unikatne identifikacije, temveč tudi vse pridobljene podatke iz okolja, ki jih je zaznalo, vsem ostalim vozliščem. Vsaka integrirana značka posluša RFID čitalnik sosednjega vozlišča. Če se na kanalu zazna aktivnost, značka aktivira senzorje, ki spremljajo kanal in tako sprejmejo podatke, v nasprotnem primeru pa ostanejo v stanju spanja. Za prebuditev vozlišča je poslan signal prebujanja (Jain in Vijaygopalan, 2010). Slika 3.6: Arhitektura RFID – senzorskega omrežja Vir: Mitrokotsa in Douligeris (2009, str. 515) S kombinacijo značilnosti RFID (identificiranje, določanje lokacije) in WSN (zaznavanje, identificiranje, določanje lokacije) se lahko določi štiri različne aplikacijske scenarije za integracijo RFID ter WSN sistemov. Nekateri od njih se bolj uporabljajo v industriji kot drugi. Vsekakor so lahko WSN vozlišča neodvisna ali pa pritrjena na objekte / ljudi. Nekaj primerov integracije na aplikacijskem nivoju: 1. Integracija, pri kateri je RFID uporabljen za identifikacijo, WSN pa za zaznavanje WSN in RFID sta pritrjena na isti objekt za izvajanje naloge odkrivanja in zaznavanja. Značke so uporabljene za odkrivanje prisotnosti drugih objektov, integrirani senzorji pa zaznavajo značilnosti objekta, kot so temparatura, PH vrednost, vibracije, itd. V nekaterih aplikacijah, pri katerih pride do integracije RFID čitalnikov ter brezžičnih naprav in brezžičnih senzorskih vozlišč, integrirani senzorji skrbijo tako za zaznavanje, kot za komunikacijo. RFID značka je pritrjena na objekt, WSN pa je uporabljen za zaznavanje objekta. Primer take aplikacije uporablja RFID značke za pridobivanje 21 informacij o objektih, ki so bili fotografirani v muzeju. Čitalnik je integriran v fotoaparatu, značke pa so pripete na objekte v muzeju. Ko je objekt zaznan, lahko RFID priskrbi informacije o njem. RFID značka je pritrjena na objekt, WSN pa je uporabljen za zaznavanje okolja. Tipično aplikacije vsebujejo mobilni robot, ki se zanaša na RFID za odkrivanje objektov, ki se jih ne da zaznavati, ter na WSN za zbiranje informacij o temparaturi, vlagi ter drugih informacij z okolja. 2. Integracija, pri kateri je RFID uporabljen za identifikacijo objektov / ljudi, skupaj s senzorji Zanimiva rešitev, ki so jo razvili pri podjetju Broadcom, pri kateri se lahko RFID informacija prebere z značke šele, ko se prstni odtis pri skeniranju ujema s tistim, ki je že shranjen v čipu. Na ta način sta RFID ter senzor kombinirana za povečanje zaščite. 3. Integracija, pri kateri je RFID uporabljen za identifikacijo objektov / ljudi, WSN pa priskrbi lokacijo Značke RFID so uporabljene za identifikacijo ljudi pri obhodih skupin v muzeju, WSN pa je uporabljen za določanje lokacije vodje skupin. Ko je lokacija vodje skupine znana, je lahko izgubljen član skupine voden proti vodji. 4. Integracija, pri kateri je RFID uporabljen za pomoč pri določanju lokacije, izvedena s senzorji Različni senzorji so uporabljeni za oceno položaja prvega odzivnika, RFID značke, ki pa so nastavljene na znane lokacije, pa popravljajo oceno lokacije (Liu in drugi, 2008). Primeri uporabe tehnologije RFID senzorskih omrežij: Zdravstvene aplikacije (Healthcare Applications): tehnologiji RFID in WSN sta bili vsaka posebej že velikokrat uporabljeni v zdravstvenih aplikacijah, kot so nujna oskrba, zdravljenje po kapi, zobozdravstveni vsadki ter sledenje pacientom in osebju po bolnišnicah. Vsekakor pa integracija teh dveh tehnologij omogoča razširitev njunega potencijala. Kvaliteta oskrbe se zelo poveča, saj je bolnikovo stanje stalno nadzorovano, tako da je lahko zdravnik hitro obveščen o kakršnikoli spremembi bolnikovega stanja. Za sledenje bolnikove lokacije se uporablja tehnologija RFID, za nadzorovanje 22 njegovega stanja pa se uporabljajo senzorji. Napakam z zdravili, kot so prepozna naročanja, netočni zdravstveni zapisi ter povečani stroški, se lahko izognemo z integracijo tehnologij RFID in WSN. Integrirani tehnologiji se lahko uporabljata tudi za merjenje temparature, merjenje krvnega tlaka, merjenje pulza ali PH vrednosti. (Mitrokotsa, Douligeris). Tehnologija WSN lahko tudi doma poskrbi za stalno spremljanje zdravstvenega stanja, dostop do zdravstvenih podatkov ter za nujno komunikacijo s povezano bolnišnico, z zagotavljanjem fizioloških ter okoljskih podatkov. Fokusiranje zdravstva se spreminja od oskrbe do preprečitve tudi doma. Ta način spremljanja zdravstvenega stanja pomaga pri odkrivanju nenormalnih situacij, kjer lahko računalnik opozori na zaskrbljujoče zdravstvene situacije. Sistem zdravstvenih senzorskih omrežij ponavadi povezuje heterogene naprave, nekatere so nošene s strani bolnika, druge pa so nameščene v bolnikovi sobi. (senzorji za merjenje tlaka, RFID značke, talni senzorji, okoljski senzorji, senzorji prahu, itd.) (Jain in Vijaygopalan, 2010). IMEC – Netherland (IMEC-NL), Nizozemski raziskovalni inštitut je zgradil prototip sistema za nadzorovanje človeka (human-monitoring system), z uporabo RFID značk, ki so integrirane s senzorji. Integrirane senzorske značke zajemajo ter pošiljajo podatke o bolnikovih vitalnih znakih. Ta sistem se delno uporablja tudi za raziskovanje stanj, kot sta epilepsija ter motnja spanja. Do sedaj so bolnike, ki so trpeli za epilepsijo, spremljali z uporabo elektrod, pritrjenih na njihovih glavah, ki so bile žično povezane s škatlo. Elektrode so merile dejavnost možganov. Raziskovalni inštitut IMEC pa je raziskal možnost, da bi omogočili bolnikom možnost premikanja, ter tudi možnost spremljanja njihovega stanja, medtem ko so doma, tako da so omogočili procesom brezžično povezavo. Raziskovalci inštituta uporabljajo senzorje za spremljanje aktivnosti bolnikovih možganov. V primeru, da senzorji zaznajo nepričakovano aktivnost, takoj pošljejo alarm RF integratorju, 10 metrov stran. Prototip je bil testiran v Belgiji (Mitrokotsa in Douligeris, 2009). Spremljanje onesnaženosti zraka (air pollution monitoring): onesnaženost zraka lahko opredelimo kot prisotnost okuženih ali onesnaženih snovi / delcev v zraku, ki ogrožajo človekovo zdravje ter dobro počutje ali pa zelo slabo vplivajo na okolje. Onesnažene snovi so posledice industrijskih emisij, emisij vozil ter drugih emisij. Svetovna zdravstvena organizacija WHO (World Health Organization) pravi, da vsako leto zaradi onesnaženja zraka umre približno 2,4 milijona ljudi. ZigBee vozlišča, bazirana na brezžičnih senzorskih omrežjih, so lahko razporajena po celotnem območju 23 za spremljanje onesnaženosti zraka. Senzorska vozlišča pošljejo zaznane podatke glavnemu vozlišču preko ZigBee modula. Glavno vozlišče ostalim zagotavlja inteligenco. Glavni namen tega vozlišča je upravljanje vseh senzorskih delov in izvrševanje komunikacijskih protokolov ter algoritmov za obdelavo podatkov. Glavno vozlišče pošlje podatke gostitelju (računalniku). RFID značka na senzorskem vozlišču pošlje lokacijo vsakega nadzorovanega vozlišča. Te podatke prebere računalnik. Na podlagi teh podatkov lokacije vozlišča ter povezanega modela onesnaženosti zraka potem računalnik izvede analizo, začasno simulacijo ter navodila za opazovano območje onesnaženosti zraka, poda pa tudi ocene kvalitete zraka ter podporo odločitvam. Pri sistemih okoljskega nadzora je zelo pomembno, da je frekvenca posodobitev visoka, da se izognemo katastrofam. Pogosto oddajanje podatkov pa hitro izprazni baterije senzorskih vozlišč. V splošnem so senzorska vozlišča vedno v spečem položaju. Ko je čas za prebujenje, določeno vozlišče pošlje izmerjene podatke kontrolnemu sistemu omrežja. Po končanem oddajanju vozlišče ponovno preide v stanje spanja ter čaka na čas ponovnega prebujenja. To zaporedje se ponavlja počasi, če je stopnja onesnaženosti zelo majhna. Če sistem zazna znake onesnaženja po končanem pregledu pogojev, se hitrost ponavljanja zaporedja močno poveča ter traja, dokler ni več zaznati znakov onesnaženja. Kontrolno vozlišče nadzira zaporedje vzorčenja, pregledovanje stanja omrežja ter nadzira komunikacijo. Ko je stopnja onesnaženosti nad kritično mejo ali pa nevarna, sistem sproži alarm. Razne nevarne meje veljajo za območja, kot so šole, tovarne ali pa stanovanja. Tipi senzorjev, ki se uporabljajo za spremljanje onešnaženosti zraka, so senzorji, ki merijo temperaturo, vlago, prah, oglikov dioksid, oglikov monoksid,vodikov sulfid, zračni tlak, smer vetra, hitrost vetra, itd. (Jain in Vijaygopalan, 2010). Upravljanje dobavne verige (supply chain management) Tehnologiji RFID in WNS sta bili v veliki meri uporabljeni v dobavni verigi za nadzor inventure, sledenje produktov ter spremljanje surovin, medtem ko so bila senzorska omrežja uporabljena za prostorsko in okoljsko spremljanje. Vsekakor je integracija RFID sistemov s senzorskimi omrežji odprla povsem nove smeri. RFID sistemi so sposobni natančno identificirati objekte, a vseeno včasih podajo netočne informacije o lokaciji objekta. Po drugi strani senzorji predstavljajo mnogo prednosti pri prepoznavanju lokacije objektov, a ne morejo jih identificirati. Učinkovita integracija RFID ter WSN sistemov ponuja mnoge prednosti pri točnem sledenju lokacije. Integracija tehnologij omogoča spremljanje pogojev za produkte ter odkrivanje nevarnih okoljskih pogojev, kot sta 24 visoka temparatura in vlaga za krhke ter občutljive produkte. Integracija tehnologij omogoča tudi semodejno spremljanje pogojev na razdaljo, brez neposrednega ter ročnega pregleda, na zelo priročen, poceni ter k manj napakam nagnjen način. Obstaja širok spekter možnih pristopov integracije tehnologij RFID in WSN v upravljanju dobavne verige. Eden od njih je integrirana shema tehnologij za avtomatično sledenje surovinam. Shema povezuje brezžična senzorska vozlišča z RFID čitalniki. Bolj natančno, brezžična senzorska vozlišča so povezana z gostiteljem (ponavadi z računalnikom), pri čemer se seznam označenih produktov obravnava v bazi podatkov. Še eno brezžično senzorsko vozlišče pa je integrirano z RFID čitalnikom (vozlišče čitalnika). Uporabnik gostiteljevega vozlišča lahko pošilja poizvedbe v bazi podatkov, ki se potem preko omrežja WSN pošljejo vozlišču čitalnika. Poizvedba je potem posredovana RFID čitalniku in tako se pridobijo zahtevani podatki. Komunikacija je dvosmerna. Tako so podatki lahko poslani od čitalnika do gostitelja preko istega vmesnika. Drug pristop je bil evropski projekt PROMISE, ki se je fokusiral na spremljanje ter sledenje produktom skozi celoten življenjski cikel z uporabo vključenih pametnih naprav. Eden od ciljev je bila uporaba integriranih RFID značk ter senzorjev za pridobivanje informacij za izboljšanje načina izdelave , uporabe ter recikliranja produktov (Mitrokotsa in Douligeris, 2009). Pametni digitalni dom (smart digital home) Različni senzorji za merjenje temparature, vlage, zaznavanje dima, plina, razbitja stekla ter zaznavanje premikov se lahko namestijo v pameten digitalen dom, za zaznavanje nenormalnih pogojev, za pošiljanje sporočil nadzornemu vozlišču, ki lahko sproži alarm in tako obvesti uporabnika. Senzorji za zaznavanje plina, ognja ter dima so nameščeni v kuhinji, senzorji za zaznavanje razbitja stekla so nameščeni po različnih oknih ter vratih, ostali senzorji pa povsod drugje. Kamera in mikrofon sta lahko nameščena pred vhodom; tako uporabnik lahko vidi osebo pred vrati, ko zazvoni zvonec. Omrežje deluje, tako kot ga nastavi uporabnik. Ko senzor zazna ogenj, se takoj sprožijo škropilci vode. Senzor zazna vlom v dom, sistem samodejno obvesti policijo. Omrežje se lahko uporablje tudi za spremljanje otrok, starejših ter hišnih ljubljenčkov. Z uporabo ZigBee domačega omrežja z GSM omrežjem lahko preko interneta z mobilnim telefonom upravljamo domače omrežje z oddaljene lokacije. S tem lahko vključimo / izključimo klimatsko napravo, grelce vode, luči, mikrovalovno pečico ter 25 vse druge priključene naprave. V GSM nazorovanem domačem omrežju je osrednje nadzorno vozlišče likalnega omrežja doma podprto z GSM vmesnikom. Domače omrežje zmanjša nivo stresa, saj stvari postanejo lažje obvladljive (Jain in Vijaygopalan, 2010). 3.1.4 Brezkontaktna tehnologija NFC NFC (Near field communication) je specifikacija za brezkontaktno komunikacijo med dvema napravama. Zasnovana je na tehnologiji, ki se uporablja za RFID in je standardizirana v ISO/IEC 18092. Omejena je na razdalje med dvema napravama nekje do 10 centimetrov. Namen NFC je omogočiti lažje ter bolj priročno izvajanje transakcij ter izmenjave digitalnih vsebin (Curran in drugi, 2012). Brezkontaktna komunikacija omogoča uporabniku, da približa pametni telefon NFC kompatibilni napravi, za prenos informacij, brez potrebe po tem, da se napravi dotakneta ali po nastavitvi povezave skozi več korakov. Hitra ter priročna tehnologija je zelo popularna v Evropi in Aziji, hitro pa se širi tudi po ZDA. NFC vzdržuje povezovanje med različnimi brezžičnimi komunikacijskimi metodami, kot so Bluetooth, ter drugimi standardi NFC, tudi FeliCa, ki je zelo popularen na Japonskem preko NFC Foruma. Forum je bil ustanovljen leta 2004 s strani podjetij Sony, Nokia ter Phillips, ko so določili stroge standarde, s katerimi se morajo proizvajalci srečati, ko načrtujejo NFC kompatibilno napravo. To zagotavlja, da je NFC varen in enostaven za uporabo z različnimi tehnologijami. Kompatibilnost je ključna za rast NFC tehnologije, kot popularno tehnologijo za plačevanje ter podatkovno komunikacijo. Sposobna mora biti komunikacije z ostalimi brezžičnimi tehnologijami ter komunikacije z različnimi tipi NFC oddajnikov (NFC). Tehnologija NFC je zasnovana tako, da omogoča izmenjavo različnih tipov informacij, kot so telefonske številke, slike, MP3 datoteke ali pa digitalna avtorizacija med dvema NFC napravama, kot sta mobilna telefona, ali pa med mobilnim telefonom z NFC tehnologijo ter kompatibilnim RFID čitalnikom, ki se nahajata zelo blizu skupaj. Tehnologija NFC deluje na frekvenci 13.56 MHz, ter ponuja prenos podatkov do 424 kbit/s. V nasprotju z običajnimi brezkontaktnimi tehnologijami na tej frekvenci (samo aktivno-pasivne komunikacije), so komunikacije NFC naprav lahko aktivno-aktivne (peer-to-peer), kot tudi aktivno-pasivne, zato NFC predstavlja povezavo v RFID svet. Obstajajo številne NFC aplikacije. Posebna prednost NFC je značilna enostavna uporaba. Preprosto se uporabnik dotakne ali le približa napravo k nečemu, da sproži določeno storitev. Najbolj tipični primeri uporabe so: 26 Mobilno plačevanje i) Plačevanje kart ter taxi prevozov z uporabo NFC telefonov ii) Plačevanje na brezkontaktnih POS terminalih z uporabo NFC telefonov iii) Shranjevanje bonov / kuponov na NFC telefonih Overovitev / potrditev, nadzor dostopa – shranjevanje elektronskih ključev, legitimnosti, dovoljenj na NFC naprave i) Zavarovan dostop / vstop v stavbo ii) Zavarovan dostop do sistema računalnika iii) Odklepanje avtomobilskih vrat iv) Namestitev domače pisarne z dotikom NFC telefona Prenos podatkov med dvema različnima NFC enotama (peer-to-peer prenos podatkov), kot so NFC pametni telefoni, digitalni fotoaparati, prenosniki, itd. i) Izmenjava elektronskih poslovnih kartic ii) Tiskanje slik, tako da držimo fotoaparat blizu tiskalnika Odpiranje drugih komunikacijskih povezav za prenos podatkov i) Namestitev Bluetooth, WLAN povezav Dostop do digitalnih informacij i) Branje urnikov s pametnih plakatov z NFC telefonom ii) Prenos zemljevidov s pametnih plakatov na NFC telefon iii) Beleženje lokacije npr. parkiranja na NFC telefon Vstopnice i) Shranjevanje vseh vrst vstopnic na NFC telefon (Minihold, 2011). Da dve napravi lahko komunicirata po NFC protokolu, mora imeti ena naprava bralnik / pisalnik, druga pa NFC značko. Značke so v bistvu integrirana vezja, ki vsebujejo podatke, povezane z anteno, ki jih lahko berejo ali pišejo čitalniki (NFC Forum). NFC vmesniki lahko delujejo na dva različna načina, in sicer, aktivno ter pasivno. Aktivne naprave ustvarijo lastna radiofrekvenčna polja, medtem ko morajo pasivne naprave, za prenos podatkov, uporabiti induktivne spoje. Za naprave, ki jih napajajo baterije, kot so mobilni telefoni, je boljše, da delujejo v pasivnem načinu. Pri pasivnem načinu lahko dobi naprava vir energije preko RF polja od aktivne NFC naprave ter prenaša podatke. Protokol omogoča delovanje kartice, npr: za uporabo pri plačevanju vozne karte, tudi ko je telefon ugasnjen. 27 Komunikacija med dvema aktivima napravama se imenuje aktivna komunikacija, medtem ko se komunikacija med pasivno in aktivno napravo imenuje pasivna komunikacija (Paus, 2007). Slika 3.7: Komunikacija med dvema napravama Vir: Minihold (2011, str. 5) Prenos energije ter prenos podatkov z aktivne naprave: za prenos na pasivni sistem, kot je NFC telefon, pasivni sistem uporablja 13.56 MHz prenosni signal aktivne naprave kot vir energije. Modulacijska shema aktivne naprave je ASK (amplitude-shift keying). Za peer-topeer NFC način sta obe smeri komunikacije nastavljene ter kodirani kot aktivna naprava. Vsekakor je potrebno manj energije, saj imata NFC napravi svojo zalogo energije, prenosni signal pa se po končanem prenosu izklopi. Prenos podatkov s pasivne naprave: zaradi spoja aktivne in pasivne naprave lahko pasivna naprava, ki posluša vpliva, na aktivno napravo. Spreminjanje odvisnosti pasivne naprave povzroči amplitudne ter fazne spremembe napetosti antene aktivne naprave. Ta tehnika se imenuje modulacija nalaganja (Minihold, 2011). Tehnologija NFC omogoča ljudem lažje življenje z grajenjem na že obstoječih sistemih ter na človeškem obnašanju. Omogoča lažji dostop do novih medijev ter storitev, olajša način plačevanja stvari, omogoča lažje odkrivanje, povezovanje in deljenje informacij ter olajša uporabo transporta ter drugih javnih storitev. Študija raziskovalne skupine ABI Research je razkrila, da je bil leta 2007 največji obseg namestitve NFC tehnologije v naprave, sprva v mobilne telefone, kasneje pa tudi osebne telefone, set-top škatle, fotoaparate ter tiskalnike. NFC naprave, ki so jim sledile, so bile blagajne ter druga POS oprema, bankomati, plakati, ulične table, avtobusna postajališča, zanimivosti, parkirne ure, sistemi za odpiranje vrat ter naprave za pakiranje izdelkov. Zelo pomembna točka je ta, da NFC ne omogoča vseprisotnega računalništva, kjer je vse priključeno v omrežje, temveč omogoča vseprisotne komunikacije, kjer imajo lahko ljudje možnost vzpostavitve ad hoc povezav, primernih njihovim trenutnim željam. Potencial NFC aplikacij je zelo velik, saj obstaja veliko dobičkonosnih aplikacij, ki se uporabljajo danes in se bodo tudi v prihodnosti. Te aplikacije 28 lahko razvrstimo v tri skupine, in sicer vzpostavitev storitve, komunikacija med enakovrednima napravama (peer-to-peer) ter plačevanje in upravljanje z vozovnicami in vstopnicami: Vzpostavitev storitve: v tem primeru se uporabnik z NFC napravo (mobilni telefon) dotakne specifično nameščene NFC značke, kar tipično privede do prenosa majhne količine podatkov. To je lahko nekaj vrstic teksta, spletni URL naslov, telefonska številka ali drug košček podatkov, ki si ga je uporabnik zaželel. Primer takega tipa aplikacije je pameten plakat. Plakat lahko promovira nov izdelek, storitev ali pa dogodek. Uporabnik lahko z dotikom njegove naprave od NFC značko na plakatu pridobi URL naslov, kjer si lahko pogleda več podrobnosti. Tak tip aplikacije bi se lahko uporabil tudi za pridobivanje podrobnejših informacij o izdelkih v trgovinah ali pa za prenos informacij o zdravilih, preprosto z dotikom NFC naprave in embalaže. NFC značke so dosegle tako cenovno točko, da je možno natisniti skupine NFC nalepk, ki bi uporabnikom omogočile izdelave nekakšnih bližnjic, ter jim s tem olajšale življenje. Na primer, ko otrok pride domov iz šole, se lahko dotakne NFC nalepke in tako pošlje sporočilo »prišel sem iz šole« svojim staršem. Komunikacija med enakovrednima napravama (Peer-to-peer): tehnologija NFC se uporabi za omogočanje komunikacije med dvema napravama, tako da so podatki prenešeni lokalno med napravama. Če je količina podatkov relativno majhna (do 1 kB), je možno uporabiti NFC za prenos podatkov. Vsekakor pa je bolj skupen peer-to-peer scenarij, ko se NFC uporabi za vzpostavitev druge metode brezžične povezave (Bluetooth, WIFI). Naprimer: uporabnik naredi serijo fotografij z digitalnim fotoaparatom, ki jih želi natisniti. Uporabnik se preprosto z napravo dotakne tiskalnika, ki podpira NFC tehnologijo. Tako se vzpostavi povezava Bluetooth za prenos fotografij iz naprave v tiskalnik. Peer-to-peer NFC komunikacija se uporablja tudi v Internet kavarnah za pridobitev pravilnih WIFI nastavitev, brez ročnega odklepanja. Uporabnik se z mobilnim telefonom dotakne točke na mizi in tako pridobi nastavitve, potem pa se z mobilnim telefonom dotakne prenosnega računalnika in tako se vzpostavi WIFI povezava. Plačevanje in upravljanje z vozovnicami in vstopnicami: aplikacije za plačevanje, ter upravljanje z vozovnicami in vstopnicami so bile ene glavnih vodnikov pri ustvarjanju NFC standardov. Banke in mobilni operateriji so zelo zainteresirani za vključitev tovrstnih aplikacij v mobilne telefone z omogočeno NFC tehnologijo. Raziskava, ki jo je naredila Visa International, je pokazala, da 89 odstotkov tistih, ki so poiskusili 29 transakcije, bazirane na telefonu, daje prednost pred alternativnimi metodami plačevanja. Proizvajalci naprav so se zavedali, da potrebujejo komunikacijski standard kratkega dosega, ki je skladen s čitalci pametnih kartic ter ostalimi sistemi. NFC omogoča scenarijem plačevanja ter upravljanja z vozovnicami in vstopnicami s pametnimi karticami, nadaljnji razvoj z omogočanjem uporabe katerekoli NFC naprave za plačilno napravo ter napravo za upravljanje z vozovnicami in vstopnicami (elektronska denarnica). NFC kartice ter naprave se uporabljajo bolj za manjša plačila, kot na primer na avtomatih in parkomatih. Pri pametnem upravljanju z vozovnicami in vstopnicami so NFC telefoni lahko uporabljeni za preverjanje stanja kredita na univerzalni pametni vstopnici, brez obiska avtomata za vstopnice. Vsekakor pa, ko so rešena vprašanja infrastrukture čitalnika, ravnanja s transakcijami in varnostnega preverjanja, bodo bile NFC naprave pripravljene na plačevanje v vsaki situaciji, ravno tako kot kreditne kartice (NFC Forum). Tehnologija NFC pa ni samo za posameznike ali stranke. Tudi podjetja lahko koristijo to tehnologijo. Vodstvo podjetja lahko hitro komunicira z zaposlenimi, podjetje, tako veliko, kot majhno lahko izboljša zadovoljstvo strank preko brezkontaktnega načina plačila ter informacijskih sistemov. Pri komunikaciji osebja se lahko zaposleni, s pomočjo NFC značk, vpišejo na trenutni lokaciji. Podatki o lokaciji zaposlenih so zelo pomembni za vodstvo, za zagotavljenje nemotenega poslovanja. Ko zaposleni pričnejo z novo nalogo, lahko posodobijo, katero nalogo so pravkar končali ter kje se nahajajo. Posodobitve v realnem času so zelo pomembne za svet hitrega poslovanja. Sledenje zaposlenim ter branje posodobitev s strani zaposlenih ali vodstva je možno z uporabo tehnologije NFC. Vodstvo lahko vseskozi sledi zaposlenim in s tem omogoči učinkovito izdelavo urnika skozi dan. Če stranka potrebuje pomoč, je vse, kar je potrebno vodilnemu narediti, da približa pametni telefon k NFC znački z določeno informacijo in tako vidi, kdo je na oddelku prost, da lahko pomaga stranki. Nadležnosti pri plačevanju v trgovini bo gonilna sila za tehnologijo NFC. Ustvarjanje učinkovitejših in hitrejših načinov, da stranka pride mimo blagajne, je cilj vsakega podjetja, in NFC čitalniki kartic to ponujajo strankam. Poleg plačilnih sistemov pa NFC strankam ponuja tudi iskanje informacij. S postavitvijo NFC značk v produkte stranka lahko približa svoj pametni telefon k produktu in tako izve več informacij. Poleg zmanjševanja čakalnih vrst NFC stranki ponuja tudi možnost, da si na pametni telefon naložijo kupone ali pa nagradne točke samodejno. Ko ima vse na enem mestu, stranka nikoli na zamudi možnosti, da privarčuje, samo zato, ker je pozabila kupon ali kartico nagradnih točk. Ne gleda na to, ali je 30 podjetje veliko, majhno, ali pa je neprofitna organizacija, ima NFC tehnologija številne prednosti, ki lahko pomagajo pri upravljanju s časom, sledenjem zaposlenih ali prispevajo k zadovoljstvu strank (NFC). 3.2 Tehnologija vmesne plasti Internet stvari je kombinacija Interneta prihodnosti ter vseprisotnega računalništva. Zahteva povezovanje ter komunikacijo med raznovrstnimi senzorji, aktuatorji in aplikacijami ter vzdržuje zaščito in zasebnost. Združuje dve dokončni komponenti, Internet in stvari. Internet je omrežje s samonastavljivimi, prilagodljivimi, dinamičnimi zmogljivostmi, ki temelji na standardnih ter interoperabilnih komunikacijskih protokolih, kjer so stvari fizični objekti/naprave ali pa virtualni objekti/naprave/informacije, ki imajo identitete, fizične lastnosti ter virtualne osebnosti. Uporabljajo tudi pametne vmesnike. Da bi se približali omenjeni zahtevi, potrebuje ISt programsko platformo, zasnovano kot vmesno plast, ki aplikacijam zagotavlja temeljno abstrakcijo ter ponuja različne storitve. Narejenih je bilo že zelo veliko raziskav za gradnjo vmesne plasti na področju sodelovanja heterogenih naprav, ki ponujajo različne aplikacije, prilagoditve, obravnavo velikih količin podatkov ter zasebnost in zaščito podatkov v okolju Interneta stvari. Zato je potrebno razumeti, kako obstoječi vmesni sistemi Interneta stvari delujejo in rešujejo različne zahteve razširjenosti Interneta stvari. Vmesna plast Interneta stvari je potrebna zaradi več razlogov: Težko je opredeliti in izvajati skupni standard med vsemi različnimi napravami, ki pripadajo različnim področjim ISt. Vmesna plast deluje kot vez, ki povezuje heterogene komponente skupaj. Aplikacije na različnih področjih zahtevajo prilagoditveno plast. Vmesna plast priskrbi API (application programming interface) za komunikacije fizične plasti ter zahtevane storitve aplikacijam (Bandyopadhyay in drugi, 2011). 3.2.1 Storitveno usmerjeni pristop Večina pristopov za izgradnjo vmesne plasti sledi ideji storitveno usmerjene arhitekture (service-oriented architecture, SOA). Storitveno usmerjena arhitektura je v bistvu zbirka storitev. Te storitve komunicirajo med seboj. Komunikacija lahko vsebuje prenos podatkov ene storitve, lahko pa gre tudi za sodelovanje več storitev hkrati (Barry). 31 SOA je razvoj porazdeljenega računalništva na podlagi primera zahtevka/odgovora za sinhrone ter asinhrone aplikacije. Ključna za te storitve je njihova ohlapna narava, kar pomeni neodvisnost vmesnika storitve od izvajanja. Razvijalci aplikacij in sistemski integratorji lahko izdelajo aplikacije tako, da združijo skupaj več storitev, brez poznavanja njihovege osnovne izvedbe. Storitveno usmerjena arhitektura ima naslednje značilnosti: SOA storitve imajo samo – opisovalne vmesnike v XML dokumentih, neodvisnih od platform. Jezik za opisovanje spletnih storitev WSDL (Web Services Description Language) je standard za opisovanje storitev. SOA storitve komunicirajo s sporočili, uradno definiranimi v XML shemi (XSD). Komunikacija med potrošniki in ponudniki ali storitvami se ponavadi zgodi v heterogenem okolju, z malo ali nič poznavanja o ponudniku. Sporočilo med storitvama je vidno kot ključni poslovni dokument, izdelan v podjetju. SOA storitve se ohranijo v podjetju z registrom, ki deluje kot imenik. Aplikacije lahko pregledujejo storitve v registru ter storitev tudi kličejo. UDDI (Universal Description, Definition and Integration) je standard za shranjevanje storitev v registru. Vsaka SOA storitev ima z njo povezano kakovost storitev QoS (Quality of Service). Nekateri ključni elementi QoS so varnostne zahteve, kot sta avtentifikacija in avtorizacija, zanesljivo sporočanje ter določitev, kdo vse ima dostop do storitev in jih lahko kliče (Kodali, 2005). Vmesna plast je sestavljena s plasti programske opreme, ki so med tehnološko in aplikativno plastjo. Programerji na aplikativni plasti se lahko ukvarjajo z razvojem novih storitev in se ne obremenjujejo z infrastrukturo. Pomen vmesne plasti narašča zaradi dodane vrednosti pri razvoju novih, ali pa implementaciji obstoječih storitev. Na najvišjem mestu se nahaja aplikacijska plast (application), ki uporabniku posreduje vse funkcionalnosti. Z uporabo spletnih storitev in s sestavljanjem le-teh lahko programerji izdelujejo sisteme in aplikacije brez poznavanja specifikacij naprav v ISt. 32 Slika 3.8: Vmesna plast s podplastmi Vir: Jelenc in drugi (2011, str. 15) Prva podplast vmesne plasti je sestavljanje storitev (service composition), ki je v vmesnih plasteh, realiziranih z SOA, pogosti del. Na tej plasti še ni govora o napravah, temveč o storitvah. Sestavljanje storitev omogoča združitev storitev, ki jih ponujajo različni predmeti, v namenske aplikacije. Register vseh aktivnosti je pomemben del sestavljanja storitev (Jelenc in drugi, 2011). Večina SOA publikacij se osredotoča na definicije in implementacije posameznih poslovnih storitev. Izgradnja poslovne rešitve ponavadi zahteva kombinacijo več obstoječih poslovnih storitev. Take sestavljene storitve so lahko tudi rekurzivno vključene v druge storitve v rešitvah na višjem nivoju in tako naprej. Tako rekurzivno sestavljanje storitev je zelo popularno v storitveno usmerjeni arhitekturi, saj omogoča enostavno izgradnjo novih rešitev iz več že obstoječih rešitev (Lublinsky, 2007). Druga podplast je upravljanje storitev (service management). Upravljanje SOA storitev vsebuje IT procese, storitve, programsko opremo in orodja za upravljanje ter spremljanje SOA sestavljenih aplikacij in podporne infrastrukture, ki temelji na praksah, kot sta COBIT (Control Objectives for Information and Related Technology) in ITIL ( Information Technology Infrastructure Library), ki so v skladu s poslovnimi cilji. Storitvena usmerjenost ima moč večje konkurenčnosti v današnjih, vedno se spreminjajočih poslovnih okoljih. SOA je niz postopkov za organiziranje in upravljanje IT sredstev in ljudi, da gradijo in podpirajo storitve. Pred storitveno usmerjeno arhitekturo so sistemski in aplikacijski administratorji uporabljali drugačna orodja za spremljanje različnih programskih platform. Spletni, aplikacijski in podatkovni strežniki imajo svoja orodja za diagnosticiranje ter pomoč pri reševanju težav. SOA upravljanje pa se srečuje tudi z naslednjimi izzivi: 33 Razumeti, kako so storitve povezane med seboj in kako so povezane z IT infrastrukturo. Razumeti, kako so storitve povezane s plastjo poslovnih procesov. Nadzorovanje toka sporočil v storitvenem okolju preko upravljanja posredovanj, kot je usmerjanje. Upravljalna politika centralizacije storitev. Doseči kakovost storitev (QoS), ki ga določi podjetje. Zagotoviti, da je upravljanje nefunkcionalnih zahtev IT arhitekture skladno s poslovnimi cilji. Upravljanje življenjskega cikla storitve (Service Lifecycle Management). Za določene aktivnosti storitve faze analize vključujejo analize ter že narejene analize storitev in identifikacija seznama storitev, ki se ponovno uporabljajo (Behara in Inaganti, 2007). Internet stvari se opira na obsežen in heterogen nabor objektov, pri čemer vsak objekt zagotavlja specifično funkcijo, dostopno preko njegovega lastnega dialekta. Obstaja torej potreba po podplasti abstrahiranja objektov (object abstraction), ki je sposobna uskladiti dostop do različnih naprav, s skupnim jezikom ter postopki. Če naprava ne omogoča odkrivanja spletnih storitev v omrežju IP, je potrebno uvesti zavijalno plast (wrapping layer), ki je sestavljena iz dveh podplasti: vmesnika in komunikacijske podplasti. Prvi zagotavlja spletni vmesnik, ki prikazuje metode, dostopne preko standardnega spletnega storitvenega vmesnika in je zadolžen za upravljenje vseh prejetih / poslanih sporočil pri komunikaciji z zunanjim svetom. Druga podplast vpeljuje logiko za metodami spletnih storitev ter prevaja te metode v nabor specifičnih ukazov naprav, za komunikacijo z objekti. Nekaterim je že uspelo vključiti kopico TCP/IP protokolov v svoje naprave, kot so TinyTCP, mIP in IwIP, ki priskrbijo vmesnik za vključene aplikacije. Vstavljeni spletni strežniki so tako lahko integrirani v objekte in tako opravljajo funkcije plasti abstrahiranja objektov. Vendar pa je izvajanje te funkcije pogosteje zagotovljeno preko posrednika (proxy), ki je zadolžen za vzpostavitev komunikacije s konzolo naprave ter ji pošlje vse ukaze z uporabo različnih komunikacijskih jezikov. Kasneje je zadolžen tudi za pretvorbo v standardni jezik spletne storitve, včasih tudi za izpopolnitev zahtev, da se zmanjša kompleksnost operacij, ki jih zahteva naprava (Atzori in drugi, 2010). 34 3.2.2 Omrežje EPCglobal Internet stvari je mrežno povezovanje naprav. Je globalno širjenje brezžičnega EPC (Eletronic Product Code) omrežja, izvedenega z RFID značkami ter QR kodami. (Jain in Tanwer, 2010). Omrežje je osnovano na standardu za elektronsko kodo, edinstveni označevalni shemi za označevanje predmetov ter ostalih sorodnih standardih. Omrežje EPCglobal je zasnovano za čim večjo stopnjo prilagodljivosti obremenitvam (Jelenc in drugi, 2012). EPC številka vsebuje: glavo (Header), ki identificira dolžino, tip, strukturo, izvedbo, ter generacijo EPC kode, številko vodje (Manager Number), ki identificira podjetje, razrad objekta (Object Class), ki se nanaša na zalogo, serijsko številko (Serial Number), ki identificira specifičen predmet označenega razreda objekta. EPCglobal je razvil ONS (Object Name Service), mehanizem, ki uporablja protokol DNS (Domain Name Service), da odkrije informacije o produktu in z njim povezanimi storitvami z EPC kode. Uporablja za naslavljanje virov v Internetu stvari (Jain in Tanwer, 2010). Veliko podjetij je že uspešno implementiralo RFID rešitve, a težava je v tem, da so načini zajemanja in shranjevanja podatkov med podjetji zelo različni in skoraj nezdružljivi. A omrežje EPCglobal ravno na tem področju daje rešitev, saj ponuja poenotenje procesov. Omrežje je sestavljeno iz imenskega strežnika ONS, ki locira informacijske sisteme proizvajalca, registera storitev EPCDS (EPC discovery service), ki pridobiva naslove informacijskih sistemov, ki vsebujejo EPC kodo in informacijskega sistema EPCIS (EPC information service) (Jelenc in drugi, 2012). 4 PODROČJA UPORABE INTERNETA STVARI Pojem »stvari« je lahko razumljiv na različne načine. Bolje ga lahko razumemo, če poznamo področje, na katerem se te stvari uporabljajo. V industriji so stvari lahko produkti, oprema, ki se uporablja za izdelavo produktov, prevozna sredstva, itd. Vse stvari, ki sodelujejo pri življenjskem ciklu produkta. Na področju okolja se stvari lahko nanašajo na drevesa, stavbe, 35 naprave za merjenje okoljskih pogojev, itd. Nazadnje se lahko tudi na področju družbe stvari nanašajo na vse naprave znotraj javnega prostora ali pa na naprave, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju (Sundmaeker in drugi, 2010). Tabela 4.1: Področja uporabe Interneta stvari PODROČJE OPIS ZNAČILNI PRIMERI Industrija Aktivnosti, ki vsebujejo Proizvodnja, finančne ali komercialne bančništvo, logistika, transakcije med podjetji, servisni sektor, itd. organizacijami ter drugimi entitetami Okolje Aktivnosti, ki vsebujejo zaščito, Kmetijstvo in reja, spremljanje ter razvoj naravnih recikliranje, storitve za virov upravljanje okolja, upravljanje energije. Družba Aktivnosti, ki vsebujejo razvoj Vladne storitve za in vključitev družb, mest in državljane ter druge ljudi. družbene strukture (esodelovanje). Vir: Sundmaeker in drugi (2010, str. 49) 4.1 Primeri področij uporabe Interneta stvari 4.1.1 Maloprodaja Prva velika aplikacija tehnologij Interneta stvari bo zamenjava črtnih kod v maloprodaji. Do sedaj je bila glavna ovira višji strošek RFID značke od črtne kode, a zamenjava se je že začela pri nekaterih projektih. Čeprav gre pričakovati soobstoj teh dveh mehanizmov identifikacije v prihodnosti, RFID značke zaradi sprotnega izpopolnjevanja industrije elektronike postajajo vse cenejše ter privlačnejše in dostopnejše za prodajalce. Elektronske značke ponujajo veliko več koristi od črtnih kod, tako za prodajalce, kot za kupce. Prodajalec bo imel enotno identifikacijo predmeta vse od proizvajalca, skozi skladišče, trgovino, blagajno ter preko izhoda iz trgovine, imel pa bo tudi zaščito pred tatvinami. Police lahko inteligentno izdajo zahtevo za polnjenje, ponujajo natančen izračun prodanih produktov ter naročajo neposredno veletrgovcem. Poleg tega pa Internet stvari ponuja zapis zgodovine vsakega produkta od 36 proizvajalca do police in s tem omogoča boljšo kakovost upravljanja v dobavni verigi. Potrošnikom to omogoča, da se izognejo dolgim čakalnim vrstam ter jim daje vpogled v zgodovino produkta. S tem se izboljša varnost hrane ter zaščita kupčevih pravic v primeru slabega produkta. Tehnologija RFID pa je v maloprodaji ustvarila nekaj skrbi potrošnikov na področju zasebnosti, čeprav je težko videti, kako bi lahko elektronska značka bolj vplivala na zasebnost kot črtna koda. Vsako plačilo s plačilno kartico v imenu nekoga je lahko povezano z lastnikom v bazi podatkov trgovine. Edina razlika je, da je elektronska značka berljiva tudi po nakupu in tako lahko vsak preveri datum in kraj nastanka produkta. Po drugi strani pa se tehnologija lahko uporablja za dokazovanje lastništva ter za reševanje garancijskih sporov. Danes je skoraj vsak prodan mobilni telefon opremljen z neke vrste radijsko komunikacijo kratkega dosega, kot je tehnologija Bluetooth, ali pa z bolj podrobno brezkontaktno tehnologijo NFC, ustvarjeno za branje RFID značk. Kupec ne bo več potreboval čitalnika v trgovini za poizvedovanje zgodovine produkta, ampak bo to lahko storil z mobilnim telefonom. Z uporabo Interneta stvari lahko avtomatizirana skladišča prejmejo nakupovalni listek kupca, že ko kupec zapusti dom in tako do njegovega prihoda že pripravijo vse produkte z nakupovalnega listka, ki ga že čakajo v vrečki ob prihodu (Santucci in Lange, 2008). 4.1.2 Medicinska tehnologija, zdravstvo V zdravstvu bo na področju Interneta stvari obstajalo veliko aplikacij z možnostjo uporabe mobilnih telefonov, z RFID-senzorskimi zmožnostimi, za uporabo kot platformo za spremljanje zdravstvenih parametrov. S kombinacijo senzorjev, tehnologij RFID, brezkontaktne tehnologije NFC, Bluetooth, ZigBee, 6LoWPAN, WirelessHART, ter ISA100, bodo brezžične povezave omogočale veliko boljše metode merjenja ter spremljanja vitalnih funkcij, kot so temperatura, krvni tlak, srčni utrip, raven holesterola, itd. Pričakovati je, da bo senzorska tehnologija postala dostopnejša, cenejša ter bo ponujala zadostno podporo za omrežno povezljivost. Vsadljive brezžične identifikacijske naprave bi se lahko uporabljale za shranjevanje zdravstvenih zapisov pacientov in s tem bi se lahko rešilo veliko življenj v nujnih primerih, tako pri ljudeh z boleznimi, kot so sladkorna bolezen, rak, bolezni srca in ožilja, kot pri ljudeh z zapletenimi zdravstvenimi vsadki, kot so srčni spodbujevalniki, ljudeh z zamenjanimi sklepi ter presajenimi organi ter ljudeh, ki ne morejo sami komunicirati z zdravnikom, ob prihodu v bolnišnico. V telo bi lahko vsadili užitne ter biorazgradljive čipe za vodeno delovanje, tako da bi paraplegiki lahko dobili mišične dražljaje preko vsajenih 37 pametnih stvari, nadzorovanih preko elektronskih simulacijskih sistemov ter tako spet vzpostavili funkcijo gibanja (Sundmaeker in drugi, 2010). Veliko ISt aplikacij v zdravstvu pa je možnih tudi na področju sledenja predmetov in ljudi, identifikacije ter preverjanja verodostojnosti, samodejnega zbiranja podatkov in zaznavanja. Sledenje ima funkcijo identifikacije osebe ali predmeta v gibanju. To vsebuje tako sledenje lokacije v realnem času pri spremljanju toka pacientov, kot spremljanje točk, kjer prihaja do čakalnih vrst. Sledenje pa je zelo uporabna aplikacija tudi za sledenje lokacije medicinskih naprav bolnišnice ter sledenje lokacije drugih pripomočkov, da se izognemo pomanjkanju med operacijo. Z identifikacijo se lahko izognemo nesrečam, ki lahko pacientom škodujejo (napačna zdravila / odmerki / čas / zdravljenje), uporaba pa je možna tudi za vodenje popolnih ter sprotnih zdravstvenih zapisov o pacientu. Identifikacija ter preverjanje verodostojnosti se pri zaposlenih uporablja za odobravanje dostopa zaposlenega v določene oddelke, pri pripomočkih pa se lahko uporablja za preprečevanje kraj ali izgube dragocenih pripomočkov. Samodejno zbiranje in prenos podatkov je večinoma namenjeno zmanjševanju časa obdelave obrazcev ter avtomatizaciji procesov (zbiranje podatkov, napake zbiranja). Funkcija se nanaša na integracijo RFID tehnologije z drugimi zdravstvenimi informacijami, ter kliničnimi tehnologijami znotraj stavbe ter razširitev tega omrežja na druge lokacije (Atzori in drugi, 2010). 4.1.3 Farmacija Za vse farmacevtske izdelke je najpomembnejša varnost, saj se pod nobenim pogojem ne sme ogroziti zdravja pacientov. Pritrjevanje pametnih nalepk / etiket na embalaže zdravil, sledenje skozi celotno oskrbovalno verigo ter spremljanje njihovega stanja ima lahko veliko prednosti. V primeru, da imajo določena zdravila posebne zahteve skladiščenja, npr. določeno temperaturo okolja, se v primeru transporta lahko vseskozi spremljajo pogoji v okolju ter se hitro posreduje v primeru napačnih pogojev. Sledenje zdravil ter e – rodovniki omogočajo odkrivanje ponarejenih zdravil in vodenje oskrbovalne verige brez goljufij. Pametne etikete pa lahko pacientom koristijo tudi s shranjevanjem navodil za uporabo, obveščanjem o odmerkih, datumu zapadlosti ter verodostojnosti zdravila. V povezavi s pametnimi omaricami za zdravila, ki lahko prejemajo informacije s strani pametnih etiket, so lahko pacienti opozorjeni na čas, kdaj morajo vzeti zdravilo (Sundmaeker in drugi, 2010). 38 4.1.4 Logistika Običajno inovacije v logistiki bistveno ne spremenijo proizvodnje, ampak omogočajo izboljšanje učinkovitosti procesov, ter novo dodano vrednost. Skladišča bodo postala popolnoma avtomatizirana, registracija prejetih in poslanih izdelkov ter pošiljanje naročil dobavitelju bo potekalo samodejno. To bo omogočalo lažji nadzor nad izdelki ter lažje načrtovanje prevoznikov. Blago bo lahko transportirano brez človekovega posredovanja, proizvajalec pa bo imel neposredne povratne informacije o potrebah na trgu. Tako se bosta proizvodnja ter transport lahko prilagodila in s tem privarčevala denar, čas ter okolje (Santucci in Lange, 2008). Tehnologija za spremljanje procesnih informacij, ki temelji na tehnologijah RFID in NFC, omogoča spremljanje v realnem času, skoraj vsake povezave znotraj oskrbovalne verige, vse od oblikovanja, posredovanja surovih materialov, proizvodnje, transporta, skladiščenja, do prodaje izdelkov ter polizdelkov ter do storitev po prodaji. Prav tako je mogoče pridobiti tudi natančne ter pravočasne informacije o izdelkih, tako da se lahko podjetja ali pa celo celotna veriga hitro odzovejo na spremembe na trgu (Atzori in drugi, 2010). 4.1.5 Transport Sodobni avtomobili so sestavljeni iz različnih elektronskih komponent, ki stanejo približno 30% cene celotnega avtomobila. Takšni sistemi so osnova za veliko večjo varnost voznikov ter okolja. Kljub močnemu povečanju cestnega prometa od leta 1970 do danes ter povečanju števila nesreč se zaradi varnostnih sistemov, kot je sistem zaviranja (ABS), ter sistemi nadziranja oprijema koles zmanjšuje število poškodb ter smrti v cestnem prometu. Ta trend pa bo prišel še bolj do izraza, ko bodo avtomobili sposobni komunicirati ter zbirati informacije iz okolja. V primeru kolone bo prvi avto lahko vsem zadaj sporočil, ali gre za prometno nesrečo ali pa samo za gost promet. To bo vodilo do oblikovanja pametnega navigacijskega sistema, ki bo avtomobilom sporočal stanje na cestah. V primeru okvare bo avtomobil sposoben sam poklicati pravo vrsto servisa ter jim na podlagi svoje diagnoze sporočil, za kakšno vrsto okvare gre. Sposobni bodo tudi upravljanja z energijo, ki jo potrebujejo, s proizvajanjem ter shranjevanjem večje količine energije. Tudi v javnem transportu bo prišlo do velikih sprememb, ko bodo pametne naprave ter potniki postali elektronsko prepoznavni. Upravljanje z vozovnicami, ki temelji na tehnologiji RFID, se že uporablja v javnem prevozu, in sicer se 10 milijonov potnikov dnevno prepelje s pomočjo elektronske vozovnice v Parizu (Santucci 39 in Lange, 2008). Tudi v Ljubljani se je leta 2009 začela uporabljati enotna kartica mestnega prometa Urbana (Jelenc in drugi, 2012). 4.2 Primeri uporabe v slikah 4.2.1 Pametno mestno načrtovanje Interaktivno ulično zaznavanje zbira podatke o mestu – mestnem utripu. Senzorji na vsaki ulični svetilki merijo podatke o hrupu, prometu, okolju, množici, temperaturi, dobesedno o vsem. Podatki se prenašajo ter obdelujejo, informacije pa so predstavljene kot... (Presser, 2012). Slika 4.1: Smart Urban Planning Vir: Presser (2012, str. 10) 40 4.2.2 Mobilno plačevanje Tehnologija NFC je zelo pomemben del Interneta stvari. Omogoča veliko mobilnih aplikacij, na primer tudi izvajanje varnih plačilnih transakcij (Presser, 2012). Slika 4.2: Mobile payment Vir: Presser (2012, str. 28) 41 4.2.3 Pametna obnovljiva energija Internet stvari bo omogočil zelo natančno načrtovanje ter izbiro lokacij za pridobivanje zelene energije, ki bo temeljila na potencialih ter zmožnostih vsake lokacije za pridobivanje energije (Presser, 2012). Slika 4.3: Smart Renewable Energy Vir: Presser (2012, str. 48) 5 SPLETNE PLATFORME INTERNETA STVARI Spletne platforme Interneta stvari so spletne strani, ki jih je mogoče povezati z raznoraznimi krmilniki, ki berejo podatke s senzorjev, kamer, itd. Spletni servisi ponujajo shranjevanje 42 podatkov s senzorjev, obdelavo in prikaz teh podatkov v obliki različnih grafov. Na ta način lahko spremljamo podatke iz okolja, vremenske pogoje, osebni ogrevalni sistem v hiši ali stanovanju, porabo električne energije in vode ter z vizualizacijo teh podatkov spremenimo svoje navade in s tem celo prihranimo pri porabi. Nekateri spletni servisi pa ponujajo celo dvosmerno komunikacijo, tako da lahko z njimi celo upravljamo krmilnik. Obstaja več različnih vrst spletnih servisov: 1. brezplačni servisi, ki omogočajo povezavo z večino aktualnih krmilikov, 2. brezplačni servisi, ki omogočajo povezavo samo z uporabo strojne opreme njihovega podjetja, 3. brezplačni servisi, a le na nivoju osnovnega razvijanja, plačljivi za komercialno uporabo, 4. plačljivi servisi, ki omogočajo povezavo z večino aktualnih krmilikov in 5. plačljivi servisi, ki omogočajo povezavo samo z uporabo strojne opreme njihovega podjetja. 5.1 Xively Xively (prej Cosm, še prej Pachube) je javna storitev v oblaku, narejena posebej za Internet stvari. Storitve servisa Xively omogočajo uporabnikom, da izkoristijo moč Interneta stvari in s tem hitro ter učinkovito pretvorijo vizijo njihovih produktov v prodajno realnost. Spletna orodja in razvojna sredstva oblaka Xively omogočajo organizacijam, da se lažje osredotočijo na izdelavo njihovega produkta in da se ne ukvarjajo toliko z infrastrukturo sistema. Xively podpira veliko različnih kombinacij strojne in programske opreme, ki so potrebne za izdelavo raznih produktov in rešitev, z uporabo uradnih knjižnic za veliko različnih programskih jezikov ter platform, vključno z C, Java, JavaScript, Ruby, ter veliko drugih. API vmesniki podpirajo JSON, XML in CSV formate podatkov. Razvojno okolje (Developer Workbench) uporabnikom ponuja razvoj povezanih naprav ter zahtevno odpravljanje težav, vključno s spremljanjem HTTP sporočil v realnem času, klice API funkcij, sledenjem uporabe in vizualizacijo. Xively uporabnikom ponuja tudi povezovanje z zunanjimi strežniki s pogojnimi HTTP sprožilci, ki omogočajo povezavo s storitvami, kot so Twitter, Twilio, Facebook, Salesforce.com in še mnogimi drugimi. 43 Slika 5.1: Spletna platforma Xively Vir: www.xively.com Z uporabo knjižnic odjemalca (client libraries), ki podpirajo iOS, Android in JavaScript, si lahko uporabnik enostavno izdela zanimive aplikacije za povezane naprave. Xively svojim uporabnikom nudi brezplačni račun na nivoju osnovnega razvoja aplikacij, v primeru komercialne uporabe pa je plačljiv, in sicer v treh različnih paketih: 1. Starter, ki stane 999 $ / leto in ponuja podporo preko e-pošte z odzivnim časom 12 ur, 6 ur svetovanja ter 1,25 $ za nizko uporabo kanala, 2,00 $ za povprečno uporabo kanala in 3,25 $ za visoko uporabo kanala, 2. Value, ki stane 4,900 $ / leto in ponuja podporo preko e-pošte z odzivnim časom 12 ur, 6 ur svetovanja ter 0,99 $ za nizko uporabo kanala, 1,55 $ za povprečno uporabo kanala in 2,50 $ za visoko uporabo kanala, 3. Select, ki stane 39,000 $ / leto in ponuja podporo preko e-pošte z odzivnim časom 12 ur, 48 ur svetovanja ter 0,65 $ za nizko uporabo kanala, 0,99 $ za povprečno uporabo kanala in 1,25 $ za visoko uporabo kanala (Xively). 5.2 ThingSpeak ThingSpeak je brezplačna odprta aplikacijska platforma, narejena za omogočanje pomembnih povezav med ljudmi in stvarmi. Z uporabo platforme lahko uporabniki spremljajo ter shranjujejo podatke z njihovih senzorjev v realnem času, spremljajo porabo energentov, povezujejo naprave in sisteme, se povezujejo s socialnimi omrežji, uporaba platforme pa ponuja tudi RFID transakcije ter sledenje geografske lokacije. Platformo uporabljajo predvsem aplikacijski razvijalci, povezovalci produktov in spletni oblikovalci. Uporabniki lahko uporabljajo ThingSpeak za pošiljanje in prejemanje podatkov preko enostavnih HTTP zahtev. Podatki so lahko karkoli – temperatura, raven vlage v zraku, raven sladkorja v krvi, ki 44 se meri z merilnikom glukoze, uporaba strežnika ali pa podatki o lokaciji z mobilnega telefona. Ko so podatki shranjeni na ThingSpeak, lahko uporabnik izdela aplikacije, ki te podatke prikažejo, izvedejo odločitvene procese in poročila. Vsi podatki se shranijo v ThingSpeak kanal, ki omogoča 8 polj po 255 alfanumeričnih znakov ter informacije o geografski lokaciji, statusu ter času. Vsak kanal omogoča zasebni in javni pogled. Pri zasebnem pogledu lahko podatke vidi samo uporabnik, ki se prijavi v račun, pri javnem pogledu pa podatke, shranjene v kanalu, vidijo vsi uporabniki platforme ThingSpeak. Spletna platforma podpira uporabo raznih splošnih naprav, kot so Arduino, Netduino, mBed, Spinneret in ioBridge naprava. Uporabniku je omogočeno tudi shranjevanje informacij o njihovih napravah, kot je ime, model, javni IP naslov in javna številka porta. IP naslov in številka porta sta uporabljena v dinamičnih DNS aplikacijah. Slika 5.2: ThingSpeak kanal Vir: www.thingspeak.com Podatke lahko uporabnik kasneje obdela ter jih tako pripravi za uporabo v aplikacijah, saj jih je možno razvrstiti v spodnjo ter zgornjo mejo, sešteti, narediti povprečje in mediano. Za prikaz podatkov ThingSpeak ponuja različne dinamične grafe ter aplikacijske vmesnike. Grafi so idealni za prikaz podatkov s časom in s tem lahko uporabnik razbere pomen teh podatkov. 45 ThingSpeak grafi delujejo na vseh brskalnikih, iPhonih in Android napravah s pomočjo JavaScrip-a namesto Flash-a. Omogoča več vrst grafov, kot so črtni, tortni in stolpični. Grafi omogočajo tudi spremembo barve, velikosti ter naslovov, tako da lahko ustrezajo vsaki spletni strani in aplikaciji. ThingSpeak ima tudi podporo za socialno omrežje Twitter, tako da lahko uporabnik svoje podatke deli z drugimi, ali pa lahko Twitter uporabi kot opomnik. Na primer, uporabnik pozabi zapreti garažna vrata, Twitter pa ga preko senzorjev ter ThingSpeak kanala opozori na odprta vrata. Kanal lahko uporabnika tudi dnevno seznanja s porabo električne energije s posodobitvijo statusa. Obenem lahko uporabnik posodobi svoj Twitter status in zapiše podatke na ThingSpeak (ThingSpeak). 5.3 Etherios Etherios (prej iDigi) je spletna platforma za upravljanje naprav, ter podatkov, ki uporabniku omogoča povezavo naprav z vsako aplikacijo kjerkoli. Storitev v oblaku ponuja upravljanje naprav, prejemanje in shranjevanje podatkov v realnem času, tako za žične, kot za brezžične naprave, ter enostavno povezavo z M2M napravami. Pri razvijanju aplikacij ali upravljanju dinamičnih omrežij naprav, storitev v oblaku poskrbi za varnost infrastrukture in tako omogoči uporabniku, da se osredotoči na svoj cilj. Etherios zagotavlja varno razvijanje aplikacij in je neskončno prilagodljiv za podporo njihovi rasti. Uporabnik lahko enostavno vsako napravo poveže s storitvijo v oblaku, z uporabo odprtega povezovalca aplikacij Etherios Cloud Connector. Storitev je zasnovana z arhitekturo visoke dosegljivosti ter spremljanjem celotnega dogajanja 24 ur na dan, 365 dni na leto. Tako lahko uslužbenci Etherios organizacije takoj posredujejo v primeru nastalih težav. 46 Slika 5.3: Etherios Security Office Vir: www.etherios.com Platforma Etherios ponuja veliko prednosti na večih področjih. Upravljanje naprav: Centraliziran nadzor – urejanje nastavitev, posodobitve programske opreme ter nadzor nad oddaljenimi napravami preko spletnega brskalnika. Skupinski nadzor – označevanje, ter združevanje naprav v skupine za organiziranje in poenostavljanje omrežja. Načrtovane operacije – avtomatizirane naloge, kot je ponovni zagon, ali posodobitev programske opreme, kot enkratna ali ponavljajoča se naloga. Alarmi in obvestila – takojšnje sporočanje uporabniku, ko naprava preide v določeno stanje in s tem zagotavljanje hitrih ukrepov. Nadzor prenosa – uporabnik lahko aktivira mobilne linije in s tem spremlja podatke, da ne preseže stroškov. Cloud Connector Izredno majhna poraba pomnilnika. Podpora vsem napravam. Upravljanje naprav in orodje za odpravljanje težav, vključno z urejanjem nastavitev, posodobitvami in ponovnim zagonom naprave. Dvosmerna komunikacija za popoln oblak – naprava za sporočanje in nadzor. Orodje za izdelavo aplikacij. Upravljanje oddaljenih podatkovnih sistemov. Varne povezave. 47 Spletna platforma Etherios ponuja 30 dnevni brezplačni dostop, a po preizkusem času je plačljiva. Na voljo je v treh različnih paketih: Platform – stane 0,50 $ / naprava / mesec in ponuja povezavo naprav preko API-jev, razširitev naprav na visoko elastično infrastrukturo, stabilne varnostne protokole, prejemenje in shranjevanje podatkov in alarmov ter spremljanje stanja naprave. Standard – stane 1,00 $ / naprava / mesec in ponuja vse s paketa Platform ter dodatno oddaljen nadzor nad napravami, posodabljanje in ponovni zagon naprav, upravljanje podatkovnega sistema naprave, analizo podatkov in orodje za njihov prikaz ter izdelavo pravil za naprave in podatkovna opozorila. Premium – stane 2,00 $ / naprava / mesec in ponuja vse s paketa Standard ter dodatno dvakrat toliko prostora za shranjevanje podatkov kot v paketu Standard, upravljanje več priključenih naprav hkrati, urnik in avtomatizacijo kompleksnih dejavnosti upravljanja naprave, programsko krmiljenje naprav preko robustnega API-ja ter upravljanje naprav mobilnih naročnin (Etherios). 5.4 Nimbits Nimbits je platforma kot storitev (platform as a service - PaaS), kjer lahko uporabnik izdela programske in strojne rešitve, ki se enostavno povezujejo med seboj ali z oblakom. Stvarem, ki uporabljajo različne protokole in tehnologije, omogoča shranjevanje podatkov ter visoko dosegljivo in zanesljivo arhitekturo. Storitev Nimbits je brezplačna, saj podpira brezplačno in odprtokodno programsko opremo. Nimbits strežnik ponuja REST spletne storitve, ki omogočajo prijavo ter shranjevanje geografsko označenih podatkov (kot npr. podatke s senzorja temperature). Nimbits strežnik deluje tako na velikih platformah, kot je Google App Engine, kot na majhnih, kot je Raspberry PI naprava. Strežnik zapisuje vse podatke in vsaka nova zapisana vrednost lahko sproži dogodek, kot je alarm, izračun, statistiko ali sporočilo. Vse nove izračunane vrednosti so lahko zapisane v nov kanal z večimi kaskadnimi sprožilci in izračuni. Kot visoko razširjiva programska rešitev nudi Nimbits podporo katerikoli velikosti podatkov z orodji filtriranja, stiskanja ter računanja in s tem podatke spremeni v uporabne informacije. 48 Slika 5.4: Nimbits Server Vir: www.nimbits.blogspot.com Od velikega števila IOT spletnih platform, ki so na voljo, je Nimbits edina, ki je v celoti odprtokodna in jo je mogoče zgraditi s prilagojeno razvojno strategijo. S topologijo omrežja in razpoložljivostjo interneta obstajajo možnosti za širitev rešitve na več različnih spletnih platformah ali pa na privatno strojno opremo. Nimbits strežnik se lahko povezuje z drugimi za pošiljanje podatkov, poleg tega pa uporabniku nudi popoln nadzor nad podatki. Nimbits je zasnovan, da deluje kot podpora programskim rešitvam uporabnika, s tem, da mu omogoča izdelavo edinstvene programske opreme na spletu, namizju, strežniku ali vgrajenih sistemih (Nimbits). 49 6 6.1 ANALIZA SPLETNIH PLATFORM Primerjava lastnosti spletnih platform Tabela 6.1: Primerjava platform Brezplačna Podpora mobilnim platformam Interval zapisa podatkov Dvosmerna komunikacija Spremljanje porabe električne energije, vode Tipi izmenjave podatkov Odprtost platforme, prog. jeziki Povezljivost s strojno opremo Primeri uporabe Xively Delno iOS, Android Thingspeak Da iOS, Android Nimbits Da iOS, Android Etherios Ne Android Real-time Real-time Real-time Real-time Da Da Ne Da Da Da Da Da JSON, XML, CSV C, Java Javascript, Ruby Pokeys, Arduino, Raspberry PI, mBed, Netduino Fukushima Radiation Monitoring, GrowGuard, Current Cost JSON, XML, CSV Html, css, javascript, python Arduino, Netduino, mBed, ioBridge, Spinneret Weather Station, Indoor Environmental Quality station, Gas sensoring JSON, XML, CSV Javascript, python JSON, XML, XLS Python, java, ruby Arduino, Raspberry PI, Arduino, Digi naprava, Temperature Tracking, Weather Data Smart Energy, Critical Cardiology Telehealth Application Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Xively: o Knjižnice API: povezovanje naprav, komunikacija s storitvijo preko različnih protokolov (HTTPS, Sockets / WebSockets, MQTT), zapis in branje podatkov. o Povezave: Twitter, Twilio, Facebook, Salesforce.com. o Način povezave: REST. o Všečnost vmesnikov / enostavnost uporabe: enostaven začetek uporabe, preprosto pošiljanje podatkov, povezava in definiranje naprave preko vmesnika, izdelava namizja za spremljanje podatkov z naprave. 50 ThingSpeak: o Knjižnice API: povezovanje naprav, zapis in branje podatkov, izdelava različnih grafov, povezovanje z drugimi spletnimi stranmi, izdelava ThingHTTP, TweetControl, React in TalkBack aplikacij. o Povezave: Twitter, GitHub, ThingSpeak Community. o Način povezave: REST. o Všečnost vmesnikov / enostavnost uporabe: preprost prikaz podatkov, vstavljanje grafov v druge spletne strani, »Drag and drop« urejevalnik. Nimbits: o Knjižnice API: dostop do javnega strežnika, zapis in branje podatkov, dostop do storitve grafov za izdelavo PNG formata slik podatkov. o Povezave: Twitter, Facebook, Nimbits Community, GitHub. o Način povezave: REST. o Všečnost vmesnikov / enostavnost uporabe: vmesnik po meri, integracija z Google Apps™ for Domains in Google Docs, Single Sign On. Etherios: o Knjižnice API: povezovanje naprav, zapis in branje podatkov. o Povezave: Salesforce.com, GitHub. o Način povezave: REST, Cloud Connector. o Všečnost vmesnikov / enostavnost uporabe: upravljanje naprav, prejemanje in shranjevanje podatkov v realnem času, tako za žične, kot za brezžične naprave, ter enostavno povezavo z M2M napravami. 6.2 Namestitev programske opreme krmilnika PoKeys 56e in praktični preizkus spletnih platform Za izdelavo praktičnega dela diplomske naloge sem uporabil Ethernet krmilnik Pokeys56e, ki je preprost za uporabo, vsebuje veliko vhodov in izhodov ter ne zahteva kompleksnega znanja programiranja. Za zbiranje podatkov sem uporabil temperaturni senzor tipa DS18B20, ki se ga priklopi na krmilnik. 51 Slika 6.1: Pokeys56e Vir: www.poscope.com 6.3 Namestitev programske opreme in konfuguracija krmilnika S spletne strani http://www.poscope.com prenesemo programsko opremo in jo namestimo. Krmilnik povežemo na omrežje, zaženemo programsko opremo ter krmilniku nastavimo omrežne nastavitve. Slika 6.2: Omrežne nastavitve naprave Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Z nastavitvijo omrežnih nastavitev je krmilnik pripravljen za uporabo. Preko programske opreme v zavihku Device > Web interface configuration lahko nastavimo uporabnike, ki bodo imeli dostop do posameznih prikazov podatkov na spletu. 52 Slika 6.3: Nastavitev uporabnikov Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Nato v zavihku Dashboard items nastavimo senzorje, katerih podatke želimo prikazati. Slika 6.4: Nastavitev senzorjev za prikaz Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Sedaj je vse pripravljeno za prikaz podatkov. Podatke s senzorjev lahko pogledamo na lokalnem naslovu krmilnika, kje se nahaja tudi krmilnikov vmesnik. 53 Slika 6.5: Prikaz podatkov na lokalnem naslovu krmilnika Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) 6.3.1 Povezava krmilnika Pokeys56e s ISt platformo Xively.com Krmilnik Pokeys 56e ima že vgrajeno podporo za povezavo s spletno platformo Xively (prej Cosm.com) in tako samodejno posodablja vrednosti senzorjev na spletnem strežniku. Najprej je potrebno na spletni platformi Xively.com ustvariti račun. Ko je račun ustvarjen, v zavihku Develop s klikom na gumb Add device ustvarimo novo napravo. Napravi lahko podamo ime, opis ter napravo nastavimo kot zasebno ali javno. Nato zaženemo programsko opremo krmilnika ter v zavihku Device > Web interface configuration izberemo zavihek Reports server. V tem zavihku izberemo http://cosm.com web service ter nato prekopiramo Feed Id in Api key iz novo dodane naprave na platformi Xively. IP naslov strežnika se nastavi samodejno. 54 Slika 6.6: Povezava krmilnika s spletno platformo Xively Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) 55 Sedaj imamo vse potrebno, za pošiljanje podatkov o temperaturi na spletno platformo Xively. Podatki se bodo samodejno shranjevali v kanal, ki se samodejno ustvari takoj, ko krmilnik pošlje prvi podatek ter začne te podatke tudi prikazovati v obliki grafa. Podatki se zapišejo s pomočjo API ključa. Slika 6.7: Prikaz podatkov s senzorja na platformi Xively.com Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Xively pa uporabnikom ponuja tudi posebno okno, ki se imenuje Request Log in ponuja prikaz prejemanja podatkov, kjer lahko uporabnik v realnem času zlahka poišče morebitne napake. Tu lahko uporabnik vidi vsa sporočila naprav, aplikacij in storitev, takoj ko jih Xively sprejme ter v primeru napak tudi opozorila. Slika 6.8: Xively Request Log Vir: Anžiček, lastni prikaz (2014) Praktični preizkus preostalih treh spletnih platform mi žal ni uspel, saj sem uporabil krmilnik PoKeys 56E, ki je bolj nepoznan, specifičen in ima podporo za povezavo s spletno platformo Xively, tako da druge platforme ne podpirajo njegove uporabe. 56 Spletne platforme Interneta stvari so torej popolno orodje za pridobivanje, obdelavo, prikaz, ter hranjenje vseh vrst podatkov z različnih naprav. Omenil sem že, da ideja diplomske naloge sestoji s treh raziskovalnih vprašanj, na katera bom s pomočjo opisa in analize spletnih platform poskusil odgovoriti. Ali so rešitve s področja »Internet of Things« dovolj odprte, da nam omogočajo uporabo poljubne strojne opreme? Trenutno je na trgu veliko število različnih rešitev s področja Internet of Things, a niso vse dovolj odprte, da bi omogočale uporabo poljubne strojne opreme. Veliko je takšnih rešitev, ki omogočajo uporabo samo strojne opreme njihovega podjetja. Obstaja tudi strojna oprema, ki je nepoznana in specifična, kot je krmilnik PoKeys 56E, ki sem ga uporabil za praktični preizkus rešitev in ga rešitve ne podpirajo. Po drugi strani pa obstaja veliko rešitev, ki omogočajo uporabo velike večine aktualne strojne opreme ta trenutek (Arduino, Raspberry PI, mBed, Netduino), in sicer so to spletne rešitve Xively, ThingSpeak, Nimbits in še veliko bi se jih našlo, tako da se prva hipoteza, ki se glasi: »Danes na trgu obstajajo rešitve Interneta stvari, ki omogočajo uporabo poljubne strojne opreme «, potrdi. Ali so rešitve s področja »Internet of Things« dovolj zrele in preproste, da si lahko z njihovo uporabo izboljšamo način življanja? Rešitve s področja Internet of Things so nedvomno dovolj zrele in preproste, da si lahko z njihovo uporabo izboljšamo način življenja, saj ponujajo izdelavo različnih aplikacij, ki nam lahko pomagajo v vsakdanjem življenju. Rešitve uporabnikom ponujajo spremljanje, hranjenje, obdelavo in prikaz podatkov z različnih senzorjev: spremljanje pogojev v bivalnih prostorih, okolju, rastlinjakih, akvarijih, bazenih, spremljanje porabe električne energije in vode ter s pregledom porabe omogočajo uporabnikom, da spremenijo svoje navade in s tem prihranijo pri porabi, spremljanje celotnega ogrevalnega sistema v hiši ter upravljanje le tega, spremljanje in upravljanje solarnih sistemov, oddaljen vklop in izklop elektronskih naprav in strojev, aplikacije za spremljanje jemanja zdravil starejših oseb, povezovanje z družbenimi omrežji ter pošiljanje opozoril, ter še in še. Kot vidimo, spletne rešitve Interneta stvari uporabnikom ponujajo veliko različnih načinov uporabe, tako da se lahko druga hipoteza, ki se glasi : »Danes na trgu obstajajo rešitve 57 Interneta stvari, ki so dovolj zrele in preproste, da ljudem z njihovo uporabo omogočajo boljši način življenja«, potrdi. Ali lahko podjetje, ki se ukvarja z razvojem digitalnih naprav uporabi neko obstoječo rešitev s področja »Internet of Things«, namesto da vlaga v razvoj svoje lastne rešitve? Uporaba obstoječe platforme Interneta stvari, za podporo svojim produktom , je v veliki meri odvisna od razmerja med značilnostmi in samo ponudbo posamezne platforme, ki jo nudi svojim uporabnikom, ter pričakovanji in zahtevami posameznega podjetja. Pričakovanja in zahteve podjetij so največkrat sledeče: podpora širšemu naboru stroje opreme, zanesljivost delovanja, avtorizacija pristopa, varnost podatkov, povezljivost z družbenimi omrežji, pošiljanje alarmov in obvestil o stanjih, možnost različnega prikazovanja podatkov, dvosmerna komunikacija, enostavna uporaba na različnih napravah (PC, mobilni telefon, tablični računalnih) in podpora različnim operacijskim sistemom, dolgotrajno hranjenje podatkov, cena storitve. V primeru, da spletna platforma zadosti pričakovanjem in zahtevam podjetja, potem ni razloga, da podjetje, ki se ukvarja z razvojem digitalnih naprav, za podporo svojim produktom ne bi uporabilo obstoječo rešitev s področja Interneta stvari, namesto da vlaga v razvoj svoje rešitve, saj je razvoj lastne rešitve namenjen predvsem trženju le-te. Tako, se lahko tudi tretja hipoteza, ki se glasi: »Na trgu tudi obstajajo rešitve Interneta stvari, katere lahko podjetja, ki se ukvarjajo z razvojem digitalnih naprav, uporabijo za podporo svojim produktom, namesto da vlagajo v razvoj lastne rešitve«, potrdi. Glede na opravljeno analizo spletnih platform ter rezultatov lahko rečemo, da sta si platformi Xively in ThingSpeak zelo podobni, a za uporabo, čeprav je nisem uspel praktično preiskusiti, bi vseeno predlagal platformo ThingSpeak, saj je poleg vseh zmogljivosti ter odlične ponudbe uporabnikom še brezplačna za uporabo. Platforma ThingSpeak podpira uporabo velike večine aktualne strojne opreme ta čas, uporabnikom pa omogoča tudi izdelavo raznih aplikacij, s 58 katerimi si lahko izboljšajo način življenja. Prav tako pa je platforma primerna za uporabo s strani podjetij, saj omogoča dvosmerno komunikacijo, pošiljanje obvestil, povezovanje z drugimi spletnimi stranmi, ter družbenimi omrežji, omogoča delovanje na Android ter iOS operacijskih sistemih, dolgotrajno hranjenje podatkov ter brezplačno uporabo. 7 ZAKLJUČEK V diplomski nalogi sem torej raziskal, katere rešitve s področja Interneta stvari že obstajajo, kakšne so njihove zmogljivosti ter kaj ponujajo svojim uporabnikom. Področje Interneta stvari sem si za diplomsko nalogo izbral predvsem zato, ker je to zelo aktualna tema zadnje čase in ker me osebno zelo zanima. V prvem delu diplomske naloge je opisan sam pojem Interneta stvari, vidik interneta, vidik stvari, opisane so tehnologije, ki Internet stvari omogočajo ter nekaj področij, kjer se Internet stvari uporablja. V tem delu vidimo, kaj Internet stvari pravzaprav je in kako deluje. Opisane so tehnologije identifikacije, zaznavanja in komunikacije, kot so radiofrekvenčna identifikacija (RFID), tehnologija brezžičnih senzorskih omrežij (WSN), tehnologija RFID – senzorskih omrežij ter brezkontaktna tehnologija (NFC). V tem delu so opisana tudi nekatera področja, kjer se Internet stvari uporablja, in sicer maloprodaja, medicinska tehnologija in zdravstvo, farmacija, transport, vidimo pa lahko tudi tri področja uporabe v obliki stripa, in sicer pametno mestno načrtovanje, mobilno plačevanje ter pametna obnovljiva tehnologija. V drugem, empiričnem delu, pa sem raziskal, katere rešitve s področja Interneta stvari že obstajajo in izmed vseh izluščil štiri, ki sem jih opisal in na podlagi določenih kriterijev primerjal med seboj. Vsako od rešitev sem nameraval tudi praktično preizkusiti, a mi je uspel samo preizkus rešitve Xively, ker sem za praktični preizkus uporabil krmilnik PoKeys 56E, ki je bolj nepoznan in specifičen in ima podporo za to rešitev, zato bi za ponovno ali nadaljnjo analizo spletnih platform Interneta stvari predlagal uporabo bolj poznane strojne opreme, kot je Arduino, saj ga podpira velika večina spletnih platform, prav tako pa je na spletu veliko navodil ter vaj za uporabo krmilnika Arduino s posamezno spletno platformo. Skozi analizo smo ugotovili, da je na trgu tako veliko število različnih rešitev Interneta stvari, kot veliko število različne strojne opreme. Veliko je takšnih rešitev, ki podpirajo uporabo samo strojne opreme lastnega proizvajalca, veliko pa jih je tudi takšnih, ki podpirajo uporabo 59 večine aktualne strojne opreme ta čas. Videli smo tudi, da si uporabniki lahko dejansko izboljšajo način življenja z uporabo rešitev Interneta stvari, saj jim ponujajo razne aplikacije, s katerimi si lahko olajšajo vsakodnevna opravila. Spletne rešitve Interneta stvari so primerne za uporabo tako fizičnim osebam, kot tudi podjetjem, saj lahko tudi podjetja, ki se ukvarjajo z razvojem digitalnih naprav, v primeru, da rešitev zadosti njihovim pričakovanjem in zahtevam, uporabijo že obstoječo rešitev Interneta stvari za podporo svojim produktom, namesto da vlagajo v razvoj lastne rešitve. 60 8 LITERATURA IN VIRI 1. ATZORI, LUIGI, IERA, ANTONIO in MORABITO, GIACOMO (2010) The Internet of Things: A survey. Computer Networks 54 str. 2787 - 2805. Dostopno prek: http://www.science.smith.edu/~jcardell/Courses/EGR328/Readings/IoT%20Survey.pdf (15.03.2013). 2. BANDYOPADHYAY, SOMA, SENGUPTA, MUNMUN, MAITI, SOUVIK in DUTTA, SUBHAIT (2011) Role Of Middleware For Internet Of Things: A Study. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) 2 (3). Dostopno prek: http://airccse.org/journal/ijcses/papers/0811cses07.pdf (02.04.2013). 3. BARRY, DOUGLAS K. Service-Oriented Architecture (SOA) Definition. Dostopno prek: http://www.service-architecture.com/ ( 22.03.2013). 4. BEHARA, GOPALA, KRISHANA in INAGANTI, SRIKANTH (2007) Approach to Service Management In SOA Space. Dostopno prek: http://www.bptrends.com/bpt/wpcontent/publicationfiles/02-07-ART-ApproachtoServiceManagementinSOASpaceGopala-Final.pdf (22.5.2013). 5. CASALEGGIO ASSOCIATI (2011) The Evolution of Internet of Things. Dostopno prek: http://www.casaleggio.it/pubblicazioni/Focus_internet_of_things_v1.81%20%20eng.pdf (17.01.2013). 6. CURRAN, KEVIN, MILLAR, AMANDA in MC GARVEY, CONOR (2012) Near Field Communication. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE) 2 (3), str. 371-382. Dostopno prek: http://www.iaesjournal.com/online/index.php/IJECE/article/view/234/pdf (22.03.2013). 7. DUKAS, CHARALAMPOS (2012) Building Internet of Things with Arduino – Chapter 1. Dostopno prek: http://www.buildinginternetofthings.com/wpcontent/uploads/CHAPTER1.pdf (24.01.2013). 8. ETHERIOS. Dostopno prek: http://www.etherios.com/ (23.09.2013). 9. EVANS, DAVE (2011) The Internet of Things-How the Next Evolution of Internet is Changing Everything. Cisco Internet Business Solutions Group. Dostopno prek: https://www.cisco.com/web/about/ac79/docs/innov/IoT_IBSG_0411FINAL.pdf (17.01.2013). 10. GLUŠIČ, KLEMEN (2008) RFID identifikacija. Raziskovalna naloga. Šolski center Velenje, Poklicna in tehnična Elektro in Računalniška šola. Dostopno prek: http://mladiraziskovalci.scv.si/admin/file/oddane_naloge/989_378730_1_rfid.pdf (11.03.2013). 11. HILL, JASON LESTER (2003) System Architecture for Wireless Sensor Networks. A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. UNIVERISY OF CALIFORNIA, BERKELEY. Dostopno prek: http://www.eecs.harvard.edu/~mdw/course/cs263/papers/jhill-thesis.pdf (11.03.2013). 12. IOT DEFINITION - IOT SRA-CERP CLUSTER 2009. Dostopno prek: http://www.internet-of-things.eu/introduction (23.02.2014). 61 62 13. JAIN ATISHAY IN TANWER ASHISH (2010) Modified Epc Global Network Architecture of Internet of Things for High Load Rfid Systems. ACEEE International Journal on Network Security 1 (3). Dostopno prek: https://ia601802.us.archive.org/7/items/theides_40/40.pdf (08.04.2013). 14. JAIN, P.C. in VIJAYGOPALAN, K.P. (2010) RFID and Wireless Sensor Networks. CDAC, Noida. India. Dostopno prek: http://www.idconline.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/RFID%20and%20Wireles s%20Sensor%20Networks.pdf (18.03.2013). 15. JECHLITSCHEK, CHRISTOPH (2006) A Survey Paper on Radio Frequency Identification (RFID) Trends. Dostopno prek: http://www.cse.wustl.edu/~jain/cse57406/rfid.htm (12.03.2013). 16. JELENC, DAVID , ZUPANČIČ, EVA , TRČEK, DENIS , SOLINA, FRANC in BERCE, JARO (2011) Obvladovanje tehničnih in gospodarsko – družbenih vidikov interneta stvari v slovenskem okolju. Dostopno prek: http://www.arhiv.mvzt.gov.si/fileadmin/mvzt.gov.si/pageuploads/CRP/obvladInternetaS tvariCRP.pdf (15.01.2013). 17. KODALI, RAGHU R. (2005) What is service-oriented architecture? Dostopno prek: http://www.javaworld.com/article/2071889/soa/what-is-service-oriented-architecture.html (20.12.2013). 18. KUNC, URBAN (2011) Internet stvari: spodbujanje ali regulacija? Agencija za pošto in elektronske komunikacije RS. Dostopno prek: http://www.ltfe.org/wpcontent/uploads/2011/05/Internet-stvari_Urban_Kunc_APEK.pdf (15.01.2013). 19. LIU, HAI, BOLIC, MIODRAG, NAYAK, AMIYA in STOJMENOVI, IVAN (2008) Integration of RFID and Wireless Sensor Networks. University of Ottawa. Canada. Dostopno prek: http://www.comp.hkbu.edu.hk/~hliu/publications/RFIDWSNs09.pdf (18.03.2013). 20. LUBLINSKY, BORIS (2007) Service Composition. Dostopno prek: http://www.infoq.com/articles/lublinsky-soa-composition (15.04.2013). 21. MINIHOLD, ROLAND (2011) Near Field Communication (NFC) Technology and Measurements White Paper. Rohde & Schwarz. Dostopno prek: http://cdn.rohdeschwarz.com/dl_downloads/dl_application/application_notes/1ma182/1MA182_5E_NF C_WHITE_PAPER.pdf (22.03.2013). 22. MITROKOTSA, AIKATERINI in DOULIGERIS, CHRISTOS (2009) Chapter 18 – Integrated RFID and Sensor Networks: Architectures and Applications. V: ZHANG, YAN, YANG, LAURENCE T in CHEN, JIMING (ur.) RFID and Sensor Networks. str. 511- 536. Dostopno prek: http://lasecwww.epfl.ch/~katerina/papers/RFID_WSN.pdf (18.03.2013). 23. MOJ MIKRO (2012) Internet stvari. Dostopno prek: http://www.mojmikro.si/news/internet_stvari_2, (25.12.2013). 24. NEAR FIELD COMMUNICATION (NFC). Dostopno prek: http://www.nearfieldcommunication.org/ (06.05.2013). 25. NFC FORUM. Near Field Communication in the real world – Turning the NFC promise into profitable, everyday applications. Dostopno prek: http://www.nfcforum.org/resources/white_papers/Innovision_whitePaper1.pdf (25.03.2013). 63 64 26. NIMBITS. Dostopno prek: http://nimbits.com/ (22.01.2013). 27. PAUS, ANNIKA (2007) Near Field Communication in Cell Phones. Esej. RuhrUniversitat Bochum. Dostopno prek: http://www.emsec.ruhr-unibochum.de/media/crypto/attachments/files/2011/04/near_field_communication_in_cell_ phones.pdf (25.03.2013). 28. PERILLO, MARK A. in HEINZELMAN, WENDI B. (2005) Wireless Sensor Network Protocols. Department of Electrical and Computer Engineering. University of Rochester. Dostopno prek: http://www.ece.rochester.edu/courses/ECE586/readings/perillo.pdf (15.03.2013). 29. PRESSER, MIRKO (2012) Inspiring the Internet of Things. The Alexandra Institute. Dostopno prek: http://www.e-pages.dk/alexandra/14/ (22.12.2013). 30. SANTUCCI, GERALD in LANGE, SEBASTIAN (2008) Internet of Things in 2020 – Roadmap to the Future. INFSO D.4 Networked Enterprise & RFID INFSO G.2 Micro & Nanosystems in co – operation with EPOSS. Dostopno prek: http://www.sztaki.hu/~pbakonyi/bme/kieg/Internet-of-Things_in_2020_ECEPoSS_Workshop_Report_2008_v3.pdf (17.01.2013). 31. SMITH, IAN G. (2012) Internet of Things 2012 New Horizons. Halifax, UK. 32. STANKOVIC, JOHN A. (2006) Wireless Sensor Networks. Department of Computer Science, University of Virginija. Dostopno prek: https://www.cs.virginia.edu/~stankovic/psfiles/wsn.pdf (13.03.2013). 33. SUNDMAEKER, HARALD, GUILLEMIN, PATRICK, FRIESS, PETER in WOELFFLÉ, SYLVIE (2010) Vision and Challenges for Realising the Internet of Things. Luxembourg: Publications Office of the European Union. Dostopno prek: http://bookshop.europa.eu/en/vision-and-challenges-for-realising-the-internet-of-thingspbKK3110323/ (20.01.2013). 34. THINGSPEAK. Dostopno prek: https://thingspeak.com/ (21.01.2013). 35. UCKELMANN, DIETER, HARRISON, MARK in MICHAHELLES, FLORIAN (2011) Architecting the Internet of Things. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Dostopno prek: http://www.cuizy.cn/Recommended/Linux/Architecting_the_Internet_of_Things.pdf (12.03.2013). 36. VAN KRAMBURG, ROB, ANZELMO, ERIN, BASSI, ALESSANDRO, CAPRIO DAN, DODSON, SEAN in RATTO, MATT (2011) Internet of Things. 1st Berlin Symposium on Internet and Society. Dostopno prek: http://berlinsymposium.org/sites/berlinsymposium.org/files/paper_iotnew_covertext.pdf (15.01.2013). 37. XIVELY. Dostopno prek: https://xively.com/?from_cosm=true (15.06.2013). 38. YICK, JENNIFER, MUKHERJEE, BISHWANATH in GHOSAL, DIPAK (2008) Wireless sensor network survey. Computer networks 52, str. 2292-2330. Dostopno prek: http://home.iitj.ac.in/~ramana/survey-wsn.pdf (14.03.2013). 65 66
