Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

Některé prognózy dokonce říkají, že to bude ještě více. A my nejenže budeme vědět, co se s naším zařízením děje, ale budeme moci zařízení dálkově ovládat, systémy senzorů na strojích nám umožní kontrolovat jejich chod při výrobě a včas nám oznámí nejen poruchu, ale v předstihu doporučí kroky údržby, aby k poruše nedošlo. Koncept přidávání senzorů a inteligence k fyzickým objektům byl poprvé diskutován v 80. letech minulého století, kdy se někteří univerzitní studenti rozhodli upravit nápojový automat, aby mohli na dálku sledovat jeho obsah.

Termín „internet věcí“ pak zavedl v roce 1999 počítačový vědec Kevin Ashton. Při práci, kde použil čipy pro radiofrekvenční identifikaci (RFID), do svého návrhu údajně zapracoval tehdejší módní slovo „internet“, aby upoutal pozornost vedoucích pracovníků. Milníků v historii IoT je možné samozřejmě najít mnoho, většinou jsou světové, ale existuje jeden, který je ryze český, a navíc aktuální, a ten zatím v seznamu není, protože je úplně čerstvý, a v podstatě teprve nastane.

V listopadu 2022 byl na konferenci Wireless Congress v Mnichově představen první zcela otevřený standard IQRF pro bezdrátové mesh sítě, který umožňuje každému výrobci integrovat do svých IoT a IIoT zařízení tuto nízkoenergetickou, spolehlivou a v praxi ověřenou bezdrátovou technologii bez jakýchkoliv licenčních poplatků. Představil ji Dr. Vladimír Šulc, CEO IQRF Alliance: „Uvolnění IQRF Open Standards 1.0 je plánováno na 4. června 2023. Připravovali jsme jej několik let na základě technických analýz, především však jako reakci na měnící se potřeby našich stávajících zákazníků. A dále po uvolnění? Technologii budeme stále inovovat, protože vše se mění: IoT, trh, legislativa a s tím související potřeby stávajících i nových uživatelů IQRF.“

Technologie IQRF vznikla v roce 2004 v jičínské firmě Microrisc, byla průběžně zdokonalována a o její unikátnosti svědčí nejenom desítky udělených patentů, ale téměř milion různých IQRF zařízení po celém světě.

Osvětlení v Izraeli
Pro pokročilé osvětlení městské části v Izraeli využila bezdrátovou technologii IQRF firma Comexys. Řešení, při němž každý světelný bod komunikuje se všemi sousedními světly, navíc umožňuje nákladově efektivní a spolehlivou synchronizaci mezi různými IoT zařízeními a senzory. Systém správy umožňuje dálkové ovládání souvisejících aktiv, jako je pouliční osvětlení, kamerový systém, elektroměry, semafory, parkovací senzory, doprava a likvidace odpadu, a to vše na bázi RF komunikace v reálném čase v mesh síti. Comexys již realizoval své zakázky pro potřeby různých konceptů typu smart & safe city ve více než 10 zemích světa.

Železnice ve Spojeném království
Hlavním požadavkem britské společnosti Findlay Irvine (inovativní elektromechanické a softwarové produkty pro dopravu) bylo vyvinout řešení, které by zajistilo varování před poruchami zemních prací, které by mohly ohrozit dopravu na železnici. Chtěli mít všechny informace okamžitě k dispozici v řídicí místnosti, což inženýrům umožní rychle se rozhodnout o tom, jak závažná je událost a zda je zapotřebí nějaká akce. Vyvinutý systém je komplexní a základním prvkem jsou bezdrátové snímače monitorující železniční náspy na rizikových místech. Celkově je to více než 10 000 senzorů rozmístěných po celé délce železnice. Systém také odesílá automatická upozornění prostřednictvím obrovské bezdrátové sítě typu mesh na centrální server. Nasazeny byly i automaticky spouštěné denní/noční IR kamery odesílající snímky do centrály.

Technologie IQRF poskytuje komunikaci s mimořádně nízkou spotřebou energie, která umožňuje životnost baterie běžně více než 10 let. Navíc díky plné obousměrné komunikaci lze senzory konfigurovat a upgradovat bezdrátově bez dalších servisních nákladů. IQRF také poskytuje bezpečnou a spolehlivou komunikaci i v případě vodní nebo sněhové vrstvy na zemi díky spolehlivé síti mesh.

Turbíny v Polsku
Odborníci potřebovali ovládat lopatky turbín v elektrárně Jaworzno III v Polsku a používané „drátové“ řízení lopatek turbíny 1,5 MW bylo velmi nespolehlivé. Jedinou možností bylo použití spolehlivé a robustní bezdrátové technologie. Řešení bylo poskytnuto formou zakázkového vývoje.

Automatizovaný řídicí systém se skládá ze dvou IQRF modulů integrovaných do rotoru turbíny. Každý modul odesílá data dvakrát na dvou různých kanálech pro absolutně bezpečné doručení dat. Informace o úhlu lopatek a rychlosti otáčení se používají k výpočtu optimálního chlazení a v případě potřeby se tyto parametry dálkově bezdrátově mění. Ani po několika letech provozu nenastal s touto bezdrátovou komunikací žádný technický problém, přestože lze toto provozní prostředí považovat za extrémní.

Vývoj IoT a IIoT (Industrial IoT) je dynamický a pro využití zařízení v reálném provozu je nutno řešit několik zásadních témat. Především jde o infrastrukturu a konektivitu, bezpečnost a interoperabilitu. Jak významný je přínos české technologie IQRF v této oblasti, je zřejmé například z poměrně čerstvého odborného článku s názvem „Ultimate IoT implementation guide for businesses“ publikovaného na TechTarget 18. dubna 2022. Stephen J. Bigelow, Senior Technology Editor v něm mj. píše:

„Přestože zařízení IoT snadno implementují různé standardy, jako je wi-fi nebo 5G, v současné době neexistují žádné významné mezinárodní standardy, které by řídily návrh a implementaci architektur IoT; neexistuje žádná kniha pravidel, která by vysvětlila, jak přistupovat k projektu IoT. To umožňuje velkou flexibilitu v designu, ale také velké konstrukční nedostatky a přehlédnutí.“

Jen o několik měsíců později – v listopadu – vystoupil na mezinárodním fóru Dr. Vladimír Šulc se zpřístupněním IQRF standardů a představil výsledky několikaletého výzkumu, které přinášejí odpovědi na celou řadu otázek a nabízejí řešení potřeb implementace zařízení IoT:

„Doposud byla technologie dodávána zákazníkům pouze jako nedílná součást transceiver modulů vyráběných a dodávaných Microrisc a IQRF Tech, stávající zákazníci nemuseli řešit licencování ani certifikace modulů, desítky patentů sloužily k ochraně unikátní technologie pro bezdrátové mesh sítě,“ řekl tehdy Vladimír Šulc.

Uvedení otevřeného standardu se podle jeho slov stávajících zákazníků využívajících IQRF technologii nijak nedotkne, budou moci dále odebírat transceiver moduly podporující otevřený standard. Tou zásadní změnou je však svoboda umožňující komukoliv vybrat si svého dodavatele transceiver modulů, nebo si dokonce technologii přímo naimplementovat do svého vlastního zařízení. Microrisc a IQRF Tech si uvedením Otevřeného standardu IQRF již nebudou nárokovat exkluzivitu, ale na základě jediné bezplatné licence umožní komukoliv technologii využít v jeho vlastních výrobcích.

„Technicky jsme toto vyřešili založením neziskové organizace IQRF Standards Association, která zodpovídá za dokumentaci standardu a zároveň spravuje patentový pool několika desítek patentů, aby na základě jediné bezplatné licence mohla komukoliv umožnit jejich užití,“ vysvětlil Vladimír Šulc. „V podstatě jakýkoli současný konkrétní IoT ekosystém může být navržen a realizován pomocí široké škály různých komponent, aplikací od různých dodavatelů založených na jiném systému. Dokumentace pro otevřený standard IQRF je vlastně návod, jak technologii používat, aby fungovala a aby si výrobky různých firem navzájem rozuměly. Aplikační interoperabilita je definována volně přístupnými dokumenty na webu IQRF Alliance již několik let a IQRF Alliance zajišťuje certifikaci produktů splňujících tuto aplikační interoperabilitu. Se zařízeními se následně komunikuje jednotným způsobem, což zjednodušuje integraci produktů různých výrobců.“

Pro členy IQRF Alliance budou navíc k dispozici open source knihovny, ale i dokumentace pro otevřený hardware, pro rychlejší implementaci technologie IQRF. Aktuálně se připravují základní knihovny pro mikrořadiče a RFICs firem Microchip a STMicroelectronics. Časový plán uvedení standardu je následující.

Průmyslová spolehlivost každého komunikačního systému je dána robustností použitých komunikačních protokolů. IQMESH je unikátní komunikační protokol pro IQRF bezdrátové mesh sítě založený na směrovém zaplavení s využitím TDMA. Tím je zajištěno bezkolizní směrování, které je navíc časově zcela deterministické a nezávislé na topologickém uspořádání. Směrování založené na protokolu IQMESH si dokáže jednoduše poradit také s výpadky lokálních spojení, ať již vlivem rušení, nebo kvůli překážkám. Na rozdíl od source-routing algoritmů, kdy řídicí zařízení definuje přenosovou (směrovací) cestu a v případě dočasných výpadků je nutné hledat cesty náhradní, je díky optimalizovanému směrovému zaplavení zpráva doručena automaticky ještě během téhož směrovacího rámce. Samozřejmě pokud nějaké spojení mezi odesílatelem a příjemcem existuje.

Aktuální stav standardizace technologie IQRF můžete sledovat na webu IQRF Standards Association.