Інтернет речей на реальному прикладі — система пошуку автомобіля



Інтернет речей може бути дуже різноманітним. минулій статті я розповів про систему, яка, на перший погляд, не в'яжеться з цим поняттям: безліч датчиків, об'єднаних дротовими мережами з локальним сервером без використання інтернету. Але, якщо вникнути глибше, вона відповідає всім критеріям і служить відмінним прикладом різноманітності інтернету речей. Зараз я розповім про абсолютно протилежною системі. Це мережа пристроїв з батарейний харчуванням і зв'язком через стільникові мережі.


Опис системи.



Система називається Zanoza. Розроблена і продається вона російською компанією ТОВ «Пошуковий стандарт». Ідея даного продукту народилася в процесі створення GPS трекерів для великовантажної техніки. Зазвичай трекери використовуються для відстеження положення машини в реальному часі. Вони підключаються до бортової мережі автомобіля і мають регулярні сеанси зв'язку з обробним центром. Дуже цікаву статтю про трекери можна почитати тут.

Такі системи використовуються різними організаціями і службами для контролю за рухомою технікою та планування її маршрутів. Але чому б не використовувати GPS як протиугінний засіб?

На перший погляд, здається, що існує вже чимало таких систем. Але виявляється, порожні ніші на ринку ще є. В основному, GPS використовується бортових сигналізаціях — досить складних системах з віддаленим керуванням, криптографією і відповідною ціною.
Для прикладу, схема підключення сигналізації StartLine T94 GSM/GPS:



На противагу їм була створена дуже проста система, спрямована тільки на пошук. Ідея така: ви купуєте пристрій, ховаєте його в автомобілі, зареєструвати його на сайті і воно починає працювати, регулярно доповідаючи вам про місцезнаходження вашого авто.

Сам пристрій виглядає так:



Подивимося як же це все працює.

Технічні рішення



Архітектура системи має наступний вигляд:



Одна з головних особливостей датчика — батарейне живлення. Це дозволяє не залежати від бортової мережі і ховати його в будь-якому місці, не замислюючись про те, як тягнути до нього дроти. Як наслідок, знайти і знешкодити такий пристрій набагато важче.
Датчики з автономним живленням періодично відправляють свої координати через стільникові мережі в хмару. Користувач може у будь-який момент зайти на сайт і подивитися стан своїх датчиків. Начебто все просто.
Однак, якщо розібратися, така схема має кілька проблем, які, в основному, випливають із-за використання батареї.

В першу чергу, це сама батарея.


Датчик повинен впевнено працювати в морози, чого багато елементів живлення забезпечити не можуть, так як при негативних температурах сильно втрачають ємність. Рішенням є літій-тионилхлоридная батарея. Ось тут можна почитати хороший огляд даного типу батарей. У цьому пристрої використовуються ER14505M AA Size батарейки фірми MCB. Сумарна ємність 4.2 А*год, напругою 3.6 Ст.



Другою проблемою є визначення координат.


Велику частину часу пристрій спить. Пробуджуючись через задані інтервали процесом проводить наступні операції:
  • Отримує координати пристрою за допомогою GPS або LBS
  • Виходить на зв'язок з сервером
  • Передає координати і інші технічні дані
  • Отримує від сервера команди
  • Виконує команди
  • Переходить назад в сплячий режим


Основне споживання енергії припадає на GPS, з цього пристрій має 2 режими. У першому режимі координати обчислюються тільки по стільникових вишок (LBS), у другому режимі використовується GPS.

Враховуючи найбільш несприятливий сценарій, GPS в режимі «холодного» старту вимагає мінімум 5 хвилин для отримання координат. Все це час приймач повинен бути активний і приймати дані з супутників. Так само є підводні камені із синхронізацією часу і зменшенням похибки визначення координат. Дуже цікаву статтю про пристрій GPS і ГЛОНАСС можна почитати тут.

LBS працює набагато швидше, однак може давати дуже велику похибку, особливо там, де маленька щільність вишок. Крім того, LBS вимагає використання бази даних координат стільникових вишок. Приклад визначення координат по вишках можна подивитися цим посиланням. У даному рішенні роботи LBS використовується API Яндекс.Локатор.

Наступною проблемою є передача даних.


Передача даних є дуже важливою складовою системи. Розробниками пристрої була виконана величезна робота по аналізу різноманітних параметрів і типів передачі даних. У підсумку вирішили використовувати технічні sim карти M2M, які надають багато операторів.

Тут є дуже цікаві нюанси. По-перше, якість зв'язку скрізь дуже різне. Єдиним способом передачі, який більш менш працює по всій країні виявився GPRS. Більш сучасні технології дуже часто втупляються в застаріле обладнання вишок, особливо в регіонах. По друге тарифікація. Управління величезною кількістю sim карт — не найпростіше заняття. У перших версіях використовувалися передплачені тарифи, однак потім домовилися про фіксованій абонентській платі.

У M2M sim-карт є ще одна приємна особливість — пріоритет трафіку над звичайними sim картами. Це сильно підвищує стабільність середовища передачі даних.

Підсумкові параметри


Об'єднавши оптимізацію роботи з LSB і GPS та оптимізацію трафіку, вдалося досягти дуже вражаючих результатів. Розробники кажуть, що час роботи пристрою з урахуванням передачі в режимі LBS приблизно 25 секунд, в режимі GPS близько 50 секунд. Відповідно час роботи на одному комплекті батарей і вихід на зв'язок 1 раз на добу в режимі GPS близько року, а в режимі LBS близько 2х років. Похибка в режимі GPS 2.5-10м, в режимі LBS 30-600м. Є можливість встановлювати періодичність виходів на зв'язок і час сеансу зв'язку.

Схемотехніка та виробництво



Zanoza призначена для продажу на відкритому ринку кінцевому користувачеві. За цим дуже важливим параметром для даної системи є кінцева вартість. Розробники пройшли дуже великий шлях і дуже серйозно оптимізували даний параметр.

Багато виробників мікроконтролерів і компонентів роблять на замовлення спеціалізовані процесори під вимоги замовників. Однак замовник повинен забезпечити викуп досить великих обсягів, інакше виробництво не вигідно. Мова може йти про десятки або сотні тисяч одиниць продукції в рік. Цей підхід на першому етапі не дешевий, але дуже ефективний надалі.

Велика частина системи виконана на одному кристалі під замовлення компанією Simens. Цей кристал об'єднує мікроконтролер, GSM і GPS. Крім оптимізації ціни, це ще і істотно заощаджує місце на платі.

Виробництво плати та корпуси організовано в Китаї. Пакувальні матеріали та елементи живлення теж поставляються з Китаю. У Росії виробляється тільки складання та пакування.

Портал і хмара



Все управління системою відбувається через хмару. Портал управління пристроями виглядає наступним чином:



Це кабінет користувача. Тут можна подивитися статистику виходів пристрою на зв'язок, налаштувати часові параметри і тип визначення координат.
Варто зазначити, що портал враховує безліч типів користувачів: адміністратори, маркетологи, технічна підтримка, розробники, користувачі і т. д. Це дозволяє управляти системою через єдину точку входу. Крім того, обчислювальні потужності хмари автоматично підлаштовуються під навантаження на портал. Теоретично це дозволяє підключати нескінченну кількість пристроїв.

Безпеку рішення



Якщо розглянути безпеку даної системи, то можна виділити 2 основних аспекти.
Перший — робота з порталом. Тут все досить зрозуміло, прозоро і нічим не відрізняється від систем безпеки на інших багатокористувацьких сайтах.
Другий — захист самих пристроїв. Важливою особливістю датчиків є те, що вони не чекають підключення від сервера, а самі є ініціаторами з'єднання. Таким чином, у зловмисника значно звужується круг можливостей для злому самого датчика. За безпеку доставки даних від пристрою до сервера відповідає оператор мережі.

Таким чином, найслабкішим місцем даної системи є можливість заглушити GPRS канал. Однак і тут є хитрість. На відміну від інших систем, Zanoza не збільшує потужність при поганому сигналі, а зберігає дані в пам'яті і «засинає». Потім, через випадковий проміжок часу, відбувається наступна спроба вийти на зв'язок. І так буде продовжуватися або доки не буде вимкнено живлення або доки не буде встановлено стійке з'єднання. При установці з'єднання, на сервер будуть відправлені всі збережені дані. Цей підхід, по-перше, ускладнює пошук пристрою за сигналом, а по друге підвищує шанси отримання даних з пристрою при поганому сигналі.

Більш детально про аспекти безпеки інтернету речей можна почитати в статье Клеменса Вастерса.

Висновок



Поняття інтернету речей охоплює величезну кількість різноманітних систем. Причому, часто, універсальності систем інтернету речей, дозволяє використовувати їх в зовсім несподіваних напрямках. Zanoza народилася з системи GPS трекінгу. Основною її метою є пошук автомобіля при угоні. Однак, ці датчики стали використовувати для запобігання крадіжки та інших рухомих об'єктів: від сміттєвих контейнерів до рекламних щитів. Система виявилася дуже затребуваною.

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.