Celkem 4,6 miliardy lidí je připojeno k internetu prostřednictvím svých mobilních telefonů. Na každého z těchto lidí připadají více než tři zařízení komunikující s internetem. Internet věcí (IoT) se skládá ze všech připojených objektů, jejichž počet stále roste: očekává se, že dnešních 15 miliard se do konce desetiletí zvýší na 30 miliard.
Jste připraveni na globální výpadek internetu?
Internet věcí, který zahrnuje nejrůznější předměty od automobilů přes zavlažovací senzory, meteorologické stanice na odlehlých místech až po autonomní drony, otevírá nespočet nových komunikačních a datových možností. Potýká se však také s významnými překážkami.
Jednou z hlavních překážek je způsob připojení objektů k internetu v místech, kde není infrastruktura mobilních sítí. Zdá se, že řešením jsou satelity na nízké oběžné dráze Země (LEO), ačkoli toto řešení představuje vlastní výzvy.
Nová studie vedená Guillemem Boquetem a Borjou Martínezem, dvěma výzkumníky z Universitat Oberta de Catalunya (UOC) pracujícími ve skupině Wireless Networks (WINE) univerzitního Interdisciplinárního institutu pro internet (IN3), zkoumala možné způsoby, jak zlepšit koordinaci mezi miliardami připojených objektů na povrchu Země a družicemi v její atmosféře.
Význam družic pro internet věcí
Exponenciální růst internetu věcí v posledním desetiletí podpořil inovace ve velmi rozmanitých oblastech, od logistiky přes inteligentní města až po zemědělství a lodní dopravu. Revoluci v oblasti internetu věcí do značné míry umožnila efektivita tzv. nízkovýkonných rozsáhlých sítí (LPWAN) a pozemní infrastruktury vybudované pro mobilní telekomunikace.
I přes svou velkou účinnost však toto řešení trpí nevyřešeným problémem: jak připojit zařízení internetu věcí v odlehlých lokalitách a venkovských oblastech, kde tato infrastruktura není k dispozici.
V posledních letech se jako alternativní řešení schopné překonat omezení pozemních sítí objevily konstelace družic LEO.
„Družice LEO jsou v oblasti internetu věcí obzvláště důležité, protože vzhledem k tomu, že jsou blíže k Zemi, potřebují k dosažení spolehlivé komunikace menší vysílací výkon. To znamená, že zařízení mohou ušetřit energii, prodloužit životnost baterií a ušetřit náklady na údržbu,“ řekl Guillem Boquet. „Kromě jiných výhod je nasazení družice na nízké oběžné dráze Země podstatně levnější, což znamená, že služby připojení lze poskytovat za ceny, které jsou pro internet věcí přijatelnější.“
Družice na LEO – jako jsou například družice Spacex Starlink a Eutelsat OneWeb a projekt Kuiper společnosti Amazon – navíc umožňují mnohem nižší latenci (zpoždění mezi komunikacemi) než geostacionární družice, mají v provozu mnohem více družic a větší pokrytí, mohou být nasazeny mnohem rychleji a jsou vhodné pro využití v komunikaci v mnoha odvětvích. Využití této možnosti pro internet věcí však přináší své vlastní výzvy.
Problémy spojené s využitím satelitních konstelací pro internet věcí
Využití satelitů jako součásti sítě internetu věcí přináší vlastní problémy. Některé z nich souvisejí s vývojem odvětví (v krátkodobém horizontu pravděpodobně nebudeme schopni nasadit megasatelitní konstelace, které by zajistily nepřetržité pokrytí, vzhledem k jejich nízké nákladové efektivitě při použití pro internet věcí) a další se týkají omezení spojených se způsobem, jakým byla navržena samotná technologie, jako je zvýšená pravděpodobnost rušení mezi komunikacemi, omezení týkající se využívání energie zařízeními internetu věcí a obtíže spojené se synchronizací pracovních cyklů těchto zařízení s intervaly dostupnosti satelitní komunikace.
„Zařízení internetu věcí jsou obvykle napájena z baterií a mají pravidelné intervaly spánku a probouzení, aby se šetřila energie. Tyto pravidelné pracovní cykly se běžně používají v pozemní komunikaci, kde jsou dokonce standardizovány. Protože však konstelace LEO neposkytují nepřetržité pokrytí, vznikají krátká, nepravidelná komunikační okna,“ řekl Guillem Boquet. „Musíme proto vyvinout pokročilejší synchronizační strategie, abychom zajistili spolehlivou komunikaci a přístup k možnostem spojení, které poskytuje satelitní síť.“
Jak zlepšit synchronizaci mezi satelity a zařízeními internetu věcí
Úsporné režimy v zařízeních internetu věcí, založené na době úspory energie, během níž mohou prodloužit životnost své baterie přechodem do režimu spánku, se spoléhají na pravidelné periody. Takto však satelitní konstelace nefungují. Aby bylo možné synchronizovat potřeby připojených objektů s přístupovými časy družic LEO, je třeba umět předpovědět, kde se budou jednotlivé družice nacházet a kdy se otevře komunikační okno.
„Námi navrhované řešení spočívá v synchronizaci přenosových potřeb aplikace IoT a komunikačních potřeb sítě na jedné straně s časy dostupnosti družic na straně druhé. Tato synchronizace je založena na schopnosti předpovídat tyto časy pomocí modelu dráhy družice na oběžné dráze, počínaje známým počátečním bodem,“ řekl Guillem Boquet. „Provádění předpovědí je však energeticky nákladné, protože vyžaduje provádění pravidelných výpočetních operací a aktualizaci předpovědního modelu, pokud se odchyluje od skutečné situace.“
Řešení vyvinuté výzkumníky z UOC bylo testováno v reálné komunikační situaci s nanosatelitem Enxaneta, prvním satelitem, který nasadila katalánská vláda v rámci svého projektu NewSpace. Výsledky byly slibné: poměr přístupu k satelitu se zlepšil až o 99 %, což zajistilo dlouhodobý přístup k síti a zároveň minimalizovalo spotřebu energie zařízení.
„Dalšími kroky je dokončení analýzy nákladů a přínosů implementace řešení s ohledem na různé aplikace, sítě služeb, typy satelitních konstelací, zařízení internetu věcí a komunikační technologie; a poté navržení a zavedení energeticky úsporných režimů, které se automaticky přizpůsobí komunikačním potřebám a měnícím se podmínkám mimozemských sítí,“ uvedl výzkumník.
Computerworld si můžete objednat i jako klasický časopis. Je jediným odborným měsíčníkem na českém a slovenském trhu zaměreným na profesionály v oblasti informačních a komunikačních technologií (ICT). Díky silnému zázemí přináší aktuální zpravodajství, analýzy, komentáře a přehledy nejnovejších technologií dříve a na vyšší odborné úrovni, než ostatní periodika na tuzemském trhu.
Obsah Computerworldu je určen odborníkům a manažerům z firem a institucí, kteří se podílejí na rozhodovacím procesu při nákupu ICT technologií. Jednotlivá čísla si můžete objednat i v digitální podobě.
PŘEDPLATNÉ
ČLÁNKY DO MAILU