Wikipedista:Ivona Spurná/IQRF

Technologie IQRF je nízkoenergetická bezdrátová mesh technologie, která zajišťuje spolehlivý a bezpečný obousměrný přenos dat ze zařízení (monitorování) a do zařízení (řízení). Přenos v síti IQRF je narozdíl od jiných technologií LPWAN bez licenčních poplatků.

Díky topologii mesh a lokálně autonomní síti je přenos dat spolehlivý a bezpečný. Je ideální volbou pro mesh aplikace Internetu věcí. Není potřeba data posílat mimo lokální síť obsahující daná IoT zařízení. Řídicí aplikace může běžet na lokální IoT bráně nebo na serveru v lokální síti, který komunikuje s bránou a přes ni se sítí zařízení komunikujících v síti IQRF®. V případě potřeby lze bránu připojit ke vzdáleným službám běžícím například v cloudu. Komunikace v síti s topologií mesh zajišťuje potřebnou redundanci komunikačních cest a funguje i v náročných podmínkách bez nutnosti přepočítávání směrovacích vektorů v síti.

Komunikace je zabezpečena průmyslovým standardem AES-128, stejně jako přidávání zařízení nebo jejich správa. Přenášená data lze dále zabezpečit pomocí vestavěných funkcí operačního systému IQRF i mimo síť IQRF.

Komunikační transceivery IQRF mohou pracovat v různých energetických režimech, např. mohou kombinovat přenos s režimem hlubokého spánku, který má minimální energetické nároky, což z nich činí zařízení šetrná k životnímu prostředí. To umožňuje zařízení fungovat na standardní baterii po mnoho let.

Počátek vývoje technologie IQRF® se datuje do roku 2004, kdy započal její vývoj ve společnosti MICRORISC. Její neustálý vývoj je řízen požadavky trhu a aplikačními potřebami zákazníků, zejména členů IQRF Alliance. Většinovým vlastníkem několika desítek patentů a užitných vzorů (EU, USA, Čína, Japonsko) souvisejících s IQRF® je od roku 2017 technologický spin-off, firma IQRF Tech.

Doposud byla technologie zákazníkům dodávána pouze jako nedílná součást transceiver modulů vyráběných a dodávaných společnostmi MICRORISC a IQRF Tech. Stávající zákazníci nemuseli řešit licencování ani certifikaci modulů, protože k ochraně unikátní technologie pro bezdrátové mesh sítě sloužily desítky patentů.

Významnou změnou, kterou přináší otevřený standard IQRF®, je svoboda vybrat si svého dodavatele transceiver modulu nebo dokonce implementovat technologii přímo do svých vlastních zařízení. Zavedením otevřeného standardu IQRF® si MICRORISC a IQRF Tech již dále nenárokují exkluzivitu. Místo toho na základě jediné bezplatné licence umožňují komukoli využívat technologii ve svých vlastních produktech.

Otevřený standard IQRF® byl oznámen na konferenci Wireless Congress v Mnichově v listopadu 2022 jako první zcela otevřený standard pro bezdrátové mesh sítě. Každý výrobce tak může integrovat tuto nízkoenergetickou, spolehlivou a osvědčenou bezdrátovou technologii do svých zařízení IoT bez jakýchkoli licenčních poplatků. Více najdete na standard.iqrf.org.

Klíčové vlastnosti IQRF®

Mezi klíčové vlastnosti a výhody technologie IQRF patří:

1.      Průmyslová spolehlivost: IQRF® podporuje přenos dat v síti s mesh topologií, což zvyšuje spolehlivost přenosu a pokrytí v problematických prostředích. Využívá se směrovací protokol IQMESH®, který je bezkolizní, je založen na TDMA a směrovém zaplavení. Podporuje unicast, broadcast, multicast a selectivecast. Je deterministický a spolehlivý.

V síti IQRF® využívající pro směrování protokol IQMESH® lze využívat protokol FRC® (Fast Response Commands), který umožňuje rychlou agregaci dat a potvrzování broadcastů či multicastů.

2.      Snadná integrace a nasazení: Díky řadě vývojových nástrojů, softwarových knihoven a podpůrných zdrojů pro zjednodušení procesu integrace a nasazení zkracuje IQRF® čas potřebný k uvedení řešení IoT na trh.

3.      Bezpečnost: Robustní bezpečnostní funkce využívající nejnovější bezpečnostní standardy chrání přenos dat v síti IQRF® a zajišťují integritu a důvěrnost komunikace. Vrstva Security Services je zodpovědná za zajištění následujících bezpečnostních cílů: integrita a autenticita síťového rámce, důvěrnost dat v patičce rámce a payloadu a ochrana proti opakovanému zasílání dat.

4.      Interoperabilita: Technologie IQRF® je navržena tak, aby zajišťovala interoperabilitu mezi zařízeními od různých výrobců, což umožňuje integraci a kompatibilitu v prostředích různých výrobců. Doposud byla certifikována zařízení různých výrobců na aplikační interoperabilitu v IQRF Alliance, protože komunikační interoperabilita na nejnižší úrovni byla zajištěna použitím certifikovaných transceiverů IQRF® dodávaných firmou IQRF Tech. Po standardizaci technologie IQRF® a možnosti výroby transceiverů IQRF® či integrace technologie přímo do zařízení i dalšími výrobci se interoperabilita zajišťuje certifikací zařízení i na komunikační úrovni v IQRF Standards Association.

5.      Nízká spotřeba energie s IQRF True Low Power®: IQRF je navržen tak, aby fungoval efektivně s minimální spotřebou energie, takže je vhodný pro zařízení napájená bateriemi a aplikace, kde je energetická účinnost rozhodující. Bezdrátová spotřeba tak posouvá hranice na novou úroveň, kdy je limitující již pouze vlastní životností baterie, a ne samotná spotřeba.

Síť IQRF® s protokolem IQMESH®

Sítě IQRF jsou řízeny a organizovány. Řídicím prvkem pro další síťová zařízení nazývaná Nody je Koordinátor. Nody se schopností směrování se nazývají směrovače – routery. Síťová komunikace je vždy šifrována a autentizována podle nejnovějších bezpečnostních standardů.

Proces asociace

Nody jsou přidruženy – asociovány – do sítě Koordinátorem. Během asociace předává Koordinátor asociační data Nodům bezpečným způsobem prostřednictvím zašifrované zprávy. IQRF MAC je jedinečný identifikátor zařízení IQRF®, který se používá pro autentizaci. Koordinátor bezpečně sdílí informace, jako jsou komunikační klíče a nastavení sítě, a také přiděluje každému Nodu jedinečnou logickou adresu využívanou pro adresování.

Proces zjištění topologie – Discovery

Během tohoto procesu Koordinátor zjistí topologii směrovacích Nodů (routerů) a přidělí jim virtuální směrovací číslo (VRN), jedinečné číslo odrážející vzdálenost od Koordinátora ve skocích (hop) a definující časový úsek pro směrování daného Nodu.

Každý router zná svou pozici v síti a má svůj vyhrazený časový úsek. Směrové zaplavování založené na TDMA zaručuje deterministické a bezkolizní směrování. Směrovací protokol IQMESH® zajišťuje, že směrování funguje dobře i v rozsáhlých sítích. Žádné vektory ani směrovací tabulky nejsou uloženy na routerech ani předávány v komunikačních zprávách.

Komunikace využívající směrovací protokol IQMESH® je primárně synchronní. Je iniciována Koordinátorem a Nody pouze odpovídají na požadavek. Časování je přísně deterministické. Každý Node typu router přeposílá zprávu v přesně daném časovém úseku odpovídajícímu jeho VRN. Odpověď jde v přesně opačném pořadí stejnou cestou zpět. Pro lepší představu, jak zasílání zprávy v síti IQRF® pomocí směrovacího protokolu IQMESH® probíhá, se podívejte na animaci na https://www.iqrf.org/technology/iqmesh/unicast.

Protokol FRC® (Fast Response Commands)

Protokol FRC® umožňuje rychlé odeslání příkazu do více Nodů v síti a sběr malých dat z nich. Je to výrazně rychlejší způsob než dotazování jednotlivých Nodů postupně pomocí unicastů.

FRC® v aktuální implementaci umožňuje odeslat až 30 B uživatelských dat všem nebo vybraným Nodům a shromažďovat:

• 2 b až z 239 Nodů
• 1 B až z 63 Nodů
• 2 B až z 31 Nodů
• 4 B až z 15 Nodů

Protokol FRC® má tři fáze:

1.      Do sítě je vysílán daný požadavek. Jakmile je přijat, všechna zařízení jsou synchronizována a připravena provést požadovaný příkaz.

2.      Adresovaná zařízení odesílají požadovaná data svým sousedům.

3.      Požadovaná data jsou krok za krokem agregována a zasílána zpět.

Doba provedení příkazu je přísně deterministická a nezávislá na topologii. Podívejte se na animaci celého procesu na webu https://www.iqrf.org/technology/iqmesh/frc

Přínos technologie IQRF® spočívá v kombinaci provozu s nízkou spotřebou energie, schopnosti pracovat v topologii mesh s vysokou spolehlivostí a dosahem, interoperability produktů ekosystému IQRF®, bezpečnostních funkcí a snadné integrace, což z ní činí všestranné řešení pro širokou škálu IoT aplikací využívajících bezdrátový přenos.

Nad technologií IQRF® existuje sdružení firem, které ji využívají, pod názvem IQRF Alliance. Řešení některých z jejich členů níže uvádíme.