SIGFOX – do ČR brzy přijde síť pro internet věcí

V květnu oznámila společnost SimpleCell Networks (dříve Blue Cell) ve spolupráci s T-Mobile,  že začnou v ČR budovat síť pro komunikaci M2M, tedy Machine to Machine, populárně Internet of Things. Síť využívá technologii SIGFOX. Tento týden oznámili celoplošné pokrytí ČR na rok 2016. V článku se dozvíte, jak to celé funguje a uvidíte i praktické ukázky.

Jak připojit?

Dovoluji si parafrázovat pana spisovatele Nerudu, který řešil, kam se starou slámou ze slamníku a my řešíme, jak připojit zařízení k internetu.

Pomocí stávající GSM sítě se připojíte k internetu skoro všude. Má to však jeden háček, a tím je energetická náročnost GSM. Před dvěma lety jsem se věnoval projektu měření výšky hladiny vody na malých tocích. Cílem bylo vytvořit zařízení, které by varovalo obce před blížící se lokální povodní. Zařízení mělo být co nejjednodušší, aby bylo možné ho postavit svépomocí. Informace o výšce hladiny vody se měla v pravidelných intervalech odesílat do internetu. Celé to ztroskotalo na energetické náročnosti. Přivádět elektřinu někam doprostřed lesa k potoku kvůli napájení měřící stanice není pro malé obce finančně únosné, stejně tak pravidelně měnit baterie.

Co s tím?

Odpověď je jednoduchá – SIGFOX. SIGFOX si představte jako celoplošnou bezdrátovou síť, podobně jako je GSM, která slouží pro komunikaci elektronických zařízení a pracuje ve volném pásmu 868 MHz (915 MHz USA). V síti můžete posílat zprávy do velikosti 12 byte. Za den můžete poslat maximálně 140 zpráv, tedy jednou za 10 minut. Tento limit není dán technologií, ale legislativním omezením. Zpětná komunikace je možná jen osmkrát za den. Tentokrát se jedná o technické omezení. Když to hodně zjednoduším, tak můžete párkrát za den poslat nebo přijmout textovou zprávu. O doručení zprávy nejste nijak informováni, proto se zpráva posílá třikrát a může to trvat až dvě sekundy.

Velmi zajímavá je spotřeba zařízení. Při třech zprávách za den s baterií o kapacitě 2,5 Ah můžete SIGFOX modem napájet 20 let. Otázkou je samozřejmě spotřeba okolních periférií.

Kde informace skončí?

Všechny informace, které odešlete v síti SIGFOX, skončí v centrálním úložišti společnosti SIGFOX. K datům se dostanete přes web rozhraní nebo REST API.

image00

image02

K čemu je to dobré?

Pokud vynechám super hračky, které s tím jdou postavit, jako měření všeho možného klidně uprostřed lesa, síla této technologie je v množství.

Potřebujete sledovat jednotlivá parkovací místa v garáži obchodního centra nebo v celém městě? Chcete monitorovat lampy pouličního osvětlení v celém městě? Musíte znát teplotu každého balíčku léků na cestě k pacientovi? Nebo musíte sledovat teplotu jednotlivých balení potravin? Chcete mít informaci z vodoměrů, plynoměrů a elektroměru s minimálním zpožděním nebo informaci o odběru každé zásuvky v domě? Hodila by se vám informace z výdejních automatů o chybějícím zboží? A co monitorování popelnic na tříděný odpad a jejich vyvážení, jen když jsou plné?

Každé věc může mít vlastní modem napájený z baterie. Cena modemu a cena ročního provozu je v desítkách korun.

Není všechno zlato, co se třpytí

První problém, který je asi dost zjevný, je nutnost vytvářet zařízení na míru a to může vše prodražit. Proto je tato technologie vhodná pro velké množství zařízení. Navíc je třeba celý systém vytvářet s ohledem na minimalizaci spotřeby, pokud má být napájen z baterie, a to není jednoduchá disciplína.

Druhý potenciální problém je daný technologií. Vysílání probíhá ve velmi úzkém pásmu, které může být při rychlém pohybu ovlivněno Dopplerovým jevem, takže komunikace z rychle se pohybujících předmětů může být problematická, pokud není místo dostatečně pokryté signálem. Proto se často potkáte se zařízeními, které využívají síť SIGFOX a pohybují se, že jsou vybaveny akcelerometrem a komunikují pro jistotu jen v případě, kdy se sledovaný objekt nepohybuje. Není to ale nutné.

A samozřejmě je nutné být v místě, které je pokryto sítí SIGFOX.

Praktická ukázka

Modemy pro síť SIGFOX vyrábí celá řada firem. Většina těchto modemů se připojuje pomocí sériového rozhraní a ovládají se, jak jinak, pomocí AT příkazů. Jak už to tak bývá, tak existuje základní sada AT příkazů, které jsou společné pro všechny modemy, a pak příkazy specifické pro konkrétní modem.

Na pokusy mám zapůjčenou vývojovou desku s modemem TD1208 společnosti Telecom Design. Vývojová deska byla vytvořena pro účely pilotního provozu v ČR a není běžně dostupná. Aby modem fungoval, tak musí být zaregistrován u provozovatele sítě SIGFOX. Když to hodně zjednoduším, tak je to podobné, jako se SIM kartou. Na rozdíl od GSM sítí neexistuje nic jako roaming a zařízení může putovat do různých zemí a bude fungovat stejně, jako v „domácí“ síti a provoz bude stát stejné peníze. V tuto chvíli (srpen 2015) si stačí koupit vývojový kit s předplatným, zaregistrovat ho, a pokud žijete v okolí Prahy nebo Kolína, tak byste měli být pokryti signálem a modem vám bude fungovat. Během pilotního provozu se podařilo odeslat zprávu ze Sněžky na vysílač v Praze. Výkon zařízení je přitom jen 25 mW.

Modem je třeba připojit k sériovému portu s logikou 3,3 V, jinak hrozí poškození modemu. Konkrétní zapojení samozřejmě záleží na modemu. Některé modemy se připojují na sběrnici SPI. Já jsem na testy použil nové Arduino M0 Pro, které pracuje s 3,3 V logikou. Zapojení modemu je jednoduché. Stačí připojit napájení a správně propojit Tx a Rx sériového portu.

image01

Následující kód nejdříve zobrazí konfiguraci (AT&V) modemu a pak odešle zprávu (AT$SS).

void setup() {
  delay(5000);
  Serial.begin(9600);
  // Serial5 je v poradku, plati jen pro Arduino M0 a M0 Pro
  Serial5.begin(9600);
  
  Serial.write("START");
  
  Serial5.write("AT&V\r");
  while (Serial5.available() <= 0) {
    delay(10);
  }
  while (Serial5.available() > 0) {
    
    Serial.write(Serial5.read());
  }
  // jednotlive byte zprávy v hexadecimalnim formatu, maximalne 12 byte
  Serial5.write("AT$SS=41 42 43 44 45 46 47 48 49 50\r");
  while (Serial5.available() <= 0) {
    delay(10);
  }
  while (Serial5.available() > 0) {
    
    Serial.write(Serial5.read());
  }
  
  Serial.write("END");
}

Získání odeslaných dat

Data uložená na server společnosti SIGFOX můžete získat dvěma způsoby. Jejich stažením přes REST API nebo pomocí tzv. Callbacks. Pro REST API je potřeba vygenerovat jméno a heslo, které použijete pro http Basic authentication. Pokud chci poslední uloženou zprávu ze zařízení, stačí zavolat:

https://backend.sigfox.com/api/devices/1BC1D/messages?limit=1

Výsledkem je informace v JSON formátu:

{
  "data" : [ {
    "device" : "1BC1D",
    "time" : 1441734724,
    "data" : "41424344454647484950",
    "snr" : "11.93",
    "seqNumber" : 60,
    "rinfos" : [ {
      "tap" : "2108",
      "rssi" : "-135.40",
      "snr" : "11.93",
      "freq" : 868187014,
      "delay" : 0.6679999828338623,
      "lat" : "50.0",
      "lng" : "14.0"
    } ]
  } ],
  "paging" : {
    "next" : "https://backend.sigfox.com/api/devices/1BC1D/messages?limit=1&before=1441734724"
  }
}

Callback můžete nakonfigurovat buď jako URL nebo jako e-mail. Při přijetí zprávy je zpráva přeposlána na vámi zvolený komunikační kanál.

image03

Co říct na konec?

Plno věcí o implementaci sítě SIGFOX v ČR ještě není veřejně známo, ale pro mě je to technologie, kterou jsem potřeboval na projekt tak před dvěma roky. Při celoplošném pokrytí jsou chytrá města a chytré budovy opravdu na dosah a nebude třeba tahat kilometry kabelů. První, co udělám, až bude síť SIGFOX u nás v provozu, bude sledování teploty v různých částech ledničky, abych mohl kontrolovat zrání masa na gril.

Komentáře: 11

Přehled komentářů

petr Nemám a nikdy nebudu mít zájem
MW Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
Martin Hassman Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
klok Super, díky za info
segedacz Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
filip.jirsak Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
segedacz Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
honzabenes Přílišná centralizace
petr Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
karel Re: Nemám a nikdy nebudu mít zájem
Miloš Adámek Dopplerův jev?
Zdroj: https://www.zdrojak.cz/?p=15807