Zaloguj
Wieżowiec Burdż Chalifa w Dubaju ma oszałamiającą wysokość 828 metrów i przewyższa drugi co do wysokości budynek na świecie, malezyjski Merdeka 118, aż o 150 metrów. Dubajski wieżowiec posiada 172000 m² powierzchni mieszkalnej i 28000 m² powierzchni biurowej, co sprawia, że nawet utrzymanie samej tylko komfortowej temperatury dla 10000 osób (bo tyle może znajdować się w budynku), stanowi spore wyzwanie. Aby mu sprostać, inżynierowie projektujący system klimatyzacji zastosowali technologię Internetu Rzeczy.
Branżowa publikacja „In-Building Tech” informuje, że zespół konserwacyjny budynku używa tysięcy czujników IoT połączonych z platformą w chmurze, aby identyfikować problemy w czasie rzeczywistym. Następnie system uruchamia inteligentne algorytmy konserwacji predykcyjnej, by uważnie monitorować system HVAC (ogrzewanie, wentylację i klimatyzację) wieżowca. Oprócz zapewnienia komfortu termicznego mieszkańcom (przy średniej temperaturze na zewnątrz wynoszącej 41°C), inteligentny monitoring systemu umożliwił 40-procentową redukcję liczby godzin potrzebnych na naprawę, przy jednoczesnej poprawie niezawodności systemu klimatyzacji do 99,95%.
Omawiany drapacz chmur jest akurat przykładem najnowocześniejszych rozwiązań w architekturze, lecz zastosowanie technologii Internetu Rzeczy może pomóc w zapewnieniu komfortu termicznego w każdym budynku – starym czy nowym.
Dane z czujników bezprzewodowych nie tylko zapewniają mieszkańcom optymalną temperaturę, ale także pomagają zmniejszyć ilość energii zużytej na ogrzewanie i chłodzenie oraz sprawiają, że systemy HVAC działają niezawodnie – a jednocześnie w przyjazny dla użytkowników sposób. Wykonanie takiego systemu może jednak stanowić wyzwanie, szczególnie na etapie projektowania i integracji w budynku, ze względu na konieczność stworzenia niezawodnych połączeń do przesyłania danych między czujnikami a chmurą.
Thread: odpowiedź na potrzeby współczesnej automatyki budynkowej
Aby zainstalować system HVAC w budynku, wymagana jest łączność pomiędzy wieloma węzłami, które będą używane do zbierania danych – tylko wtedy system centralny może automatycznie kontrolować nastawy HVAC w całym obiekcie. Przykłady takich węzłów obejmują: czujniki temperatury, wilgotności i CO2, termostaty, czujniki obecności i systemy wentylacji uruchamiane na żądanie. Niektóre z tych węzłów są zasilane z sieci energetycznej, podczas gdy inne mają zasilane bateryjnie.
Do zagwarantowania, że budowa systemu będzie szybka, stosunkowo niedroga, a przy tym umożliwi rozbudowę i rekonfigurację, potrzebna jest bezprzewodowa technologia typu „plug-and-play”, która eliminuje okablowanie i umożliwia łatwe przenoszenie czujników, gdy zmieniają się plany urządzenia pięter. Ponadto – po zainstalowaniu sieci bezprzewodowej – ważne jest, aby można było podłączać urządzenia od dowolnego dostawcy. Dlatego też kompatybilność zastosowanych rozwiązań ma fundamentalne znaczenie dla czasu wdrożenia docelowego systemu (tzw. time-to-market).
Thread to protokół sieciowy o niskim poborze mocy i niewielkiej latencji, zbudowany przy użyciu otwartych, sprawdzonych standardów. Zapewnia on interoperacyjność między urządzeniami, dzięki obsłudze protokołu internetowego (IP) i zdefiniowanym mechanizmom „provisioningu”, które umożliwiają dodanie do sieci dowolnego zgodnego z protokołem urządzenia.
Wersja Thread 1.3.0 zawiera kilka niezwykle istotnych ulepszeń, które wprowadzają pełną funkcjonalność routingu IP oraz wykrywania usług (service discovery) do sieci Thread, a także ułatwiają jej użycie w zastosowaniach ukierunkowanych na obsługę protokołów automatyki budynkowej (na przykład KNX IoT i DALI+).
Budowa sieci Thread zazwyczaj zaczyna się od skonfigurowania routera granicznego (Thread Border Router), pod względem funkcjonalności pełni funkcję analogiczną do domowego punktu dostępowego Wi-Fi (Access Point). Główną rolą routera jest łączenie sieci Thread z innymi infrastrukturami opartymi na IP. Można go umieścić w jednym miejscu w budynku i podłączyć za pomocą Ethernet, Wi-Fi lub łączności komórkowej do sieci lokalnej i/lub do chmury. Router może pochodzić od integratora systemu HVAC lub od komercyjnego dostawcy gotowego sprzętu.
Istnieje wiele mechanizmów tzw. provisioningu (czyli mechanizmu dodawania urządzenia do sieci Thread już po zainstalowaniu routera), ale jedną z popularniejszych opcji jest użycie wstępnie udostępnionych kluczy (PSKd – Pre-Shared Key), które są dostarczane z każdym nowym produktem IoT. Skanując kod QR na urządzeniu za pomocą aplikacji na smartfonie lub dodając klucz bezpośrednio do interfejsu routera brzegowego, instalator może łatwo i w bezpieczny sposób dodać nowe urządzenie do sieci. W miarę instalacji kolejnych urządzeń, sieć automatycznie dostosowuje się i rozszerza zasięg (w zależności od roli i lokalizacji każdego węzła).
W przypadku bardziej rozległego wdrożenia w dużych budynkach, węzły zasilane z sieci energetycznej – odgrywające rolę routerów kierujących ruchem w sieci Thread – są umieszczane w kluczowych lokalizacjach, tak aby sieć mesh skalowała się, obejmując całe piętro. Taki router może być elementem systemu HVAC (na przykład termostatem) – albo prostym i niedrogim urządzeniem, którego jedynym celem pozostaje rozszerzanie sieci.
Po uruchomieniu sieci Thread można łatwo dodać inne urządzenia. Jeśli liczba wymaganych węzłów sieciowych przekroczy możliwości istniejącej instalacji, możliwe jest dodanie nowych routerów węzłowych (zarządzających ruchem w sieci Thread) lub routerów granicznych (łączących sieć Thread z Internetem), aby zwiększyć zasięg sieci.
Elastyczność i interoperacyjność
Wiele węzłów w sieci Thread będzie się komunikować tylko lokalnie (na przykład czujnik temperatury wysyłający instrukcję do siłownika, aby otworzył lub zamknął zawór), podczas gdy inne będą przesyłać dane za pośrednictwem chmury. Thread obsługuje dowolną warstwę aplikacji, pod warunkiem, że używa ona protokołu IP – dzięki temu sieć jest bardzo elastyczna. Na przykład: dwa urządzenia wewnątrz budynku mogą wymieniać pomiędzy sobą dane za pomocą protokołu Matter, podczas gdy w tym samym czasie, w innym miejscu sieci inne węzły mogą się komunikować z różnymi dostawcami usług w chmurze poprzez protokół IP.
Elastyczne, interoperacyjne cechy sieci Thread odzwierciedlają cechy istniejących infrastruktur WLAN w budynkach: najpierw buduje się sieć, aby zapewnić odpowiedni zasięg, natomiast urządzenia od wielu dostawców (na przykład komputery, tablety, drukarki i kamery bezpieczeństwa) dodaje się później. Wszystkie one współistnieją bezproblemowo. Nie jest to zaskakujące – zarówno Thread, jak i Wi-Fi opierają się na technologii IP, która sprzyja interoperacyjności typu end-to-end.
Co więcej, w przypadku zastosowań przemysłowych, takich jak HVAC, Thread oferuje wbudowane, standardowe mechanizmy, umożliwiające firmom instalacyjnym szybkie projektowanie i wdrażanie sieci na dużą skalę wewnątrz budynków. Od niedawna część producentów telefonów komórkowych zaczęła implementować sprzętowe oraz programowe wsparcie protokołu Thread w swoich produktach, co dodatkowo ułatwi budowę i zarządzanie sieciami przez instalatorów. Ponieważ protokół ten jest prosty w użyciu, a przy tym oparty na IP, Thread ma szansę stać się w niedalekiej przyszłości technologią często stosowaną.
Do rozmowy o rozwiązaniach w zakresie Thread, a także Bluetooth, Wi-Fi i LTE-M/NB-IOT, firma Nordic Semiconductor zaprasza na seminarium Nordic Tech Tour, które odbędzie się już 22 października 2024 w Krakowie w hotelu Qubus. Wstęp darmowy, szczegóły i zapisy są dostępne pod adresem: https://www.nordicsemi.com/Events/2024/Nordic-Tech-Tour-EMEA-2024.
