RIIoT zahrnuje Intelligent C-programmable I/O (i:zi), vstupy/výstupy programovatelné v C, které umožňují připojit přímo k modulu jakýkoli sensor, akční člen či jiný obvod, a podporuje decentralizované „mist“ předzpracování dat. A hlavně, RIIoT nepožaduje žádné licenční poplatky nebo předplatné. Hlavními přednostmi jsou: 

Dlouhý dosah rádia	Symetrický duplexní komunikační systém
Časté čtení a aktualizace dat	Velmi nízký příkon
Podpora cloudu	Interface k jakémukoli sensoru či controlleru
Aktualizace firmwaru rádiem (OTA)	Globální podpora autorizovanými distributory

 

RIIoT RF (Radiocrafts Industrial Internet of Things) je jedna z nových rádiových sítí tvořenou rodinou modulů firmy Radiocraft, používajících nový zabezpečený komunikační protokol stejného názvu (RIIoT). Je to nově vyvinutý protokol založený na standardu IEE802.15.4 g/e se strategií potvrzování a opakovných pokusů (Ack/Retry) pro dosažení maximální spolehlivosti spojení, šifrováním, zabezpečením a aplikační vrstvou – kódováním CBOR pro úsporný přenos binárních objektů.

IEEE 802.15.4 g/e kompatibilita

Úkolem pracovní skupiny IEEE 802.15 Smart Utility Networks Task Group 4g (SUN TG 4g) je vytvořit dodatek fyzické vrstvy protokolu  802.15.4 tak, aby se stal globálním standardem pro aplikace řízení velmi rozlehlých procesů a systémů. To je například řízení soustavy „chytrých sítí“ (smart grid) domácích spotřebičů na geograficky rozlehlém území s různými vlastnostmi a téměř nulovou infrastrukturou, které mohou čítat až několik miliónů pevných koncových bodů. První verze protokolu 802.15.4g vznikla v r. 2012.

Této činnosti je partnerem pracovní skupina IEEE 802.15 Task Group 4e, jejímž úkolem je definovat dodatek přístupové vrstvy (Media Access, MAC) k již existujímu protokolu  802.15.4-2006. Cílem je vylepšení je zvýšení funkčnosti vrstvy 802.15.4-2006 MAC, aby a) lépe vyhovovala průmyslovým požadavkům, a  b) umožnila kompatibilitu s modifikacemi prosazovanými čínskou stranou u protokolu WPAN. Byla schválena v r. 2011.

Výsledný komunikační protokol standardu IEE802.15.4 g/e poskytuje velmi spolehlivou a úspornou vrstvu PHY/MAC, která cílí na aplikace jako: monitorování a automatizace technologických procesů a výroby, „smart“ měření spotřeby médií a energií, automatizace občanských budov, telemedicínu a monitorování pacientů, a jiné aplikace s nároky na bezpečnost a časovou sekvenci.

IEEE802.15.4 g/e je již nyní podporován řadou výrobců polovodičů a tvůrců jejich aplikací. Sdílí podobné techniky anebo je přímo zabudován v několika bezdrátových standardech jako wi-SUN, WirelessHART a ISA 100.11.a.

Příspěvek RIIoT RF

Příspěvky protokolu RIIoT RF jsou na vršku standardu IEEE802.15.4 g/e a jsou určeny hlavně pro požadavky Industrial IoT sítí, což jsou:

• Nízká spotřeba, s ohledem na bateriové nebo solární napájení
• Vysoká spolehlivost a detekce poruch
• Dlouhý dosah
• Jednoduchost použití a nenáročnost na součástky
• Zabezpečení na vysoké úrovni, odolnost proti útokům

Doplňky dostupné ve všech RIIoT implementacích

Ack/Retries: Potvrzení přenosu a opakování pokusu o přenos jsou zabudované do vrstvy 802.15.4e MAC, kde potvrzování (Ack) speciálními rámci se děje při každém přenosu rámce s požadavkem (Req), a MAC vrstva opakovaně vysílá, když ACK není přijat.

5kbit Mode: To je alternativní mód s nízkou přenosovou rychlostí a zvýšeným dosahem a pravděpodobností úspěšného přenosu na dlouhou vzdálenost, až do 15km (LOS, přímá viditelnost, optimistický údaj). Tento mód je nad protokol IEEE802.15.5g

Frequency Hopping: Technika přeskakování kmitočtů nosné pro velmi zvýšenou odolnost proti rušení a odposlechu. Podobně jako DFE mód v Wi-SUN specifikaci

AES-CCM: Šifrovací schéma s autentizací, které chrání všechna přenášená data proti  odposlechu a různými typy útoků jako změny, opakování, a předstírání identity. AES-CCM nabízí vysokou míru soukromí, integrity a autenticity. RIIoT nabízí tuto dodatečnou úroveň zabezpečení nad tím, co je nabízeno standardem IEEE802.15.4, takže každý spoj rádiem je samostatně zabezpečen, a tak mohou být ochráněny stovky uzlů.

Doplňky, které vyžadují RIIoT Net Controller

RIIoT (samotná síť) sice může fungovat bez RIIoT Net Controlleru, ale s redukovanou funkčností týkající se podpory „cloudu“ a monitorování sítě. Proto je Net Controller doporučen pro sítě, které se často přenastavují nebo jsou obtížnější na správu.

RIIoT Net Controller byl původně navržen pro spolupráci s RIIoT GPR modulem. Radiocrafts dodává RIIoT Net Controller jako předkompilovoanou spustitelnou aplikaci spolu se vzorovými integrovanými aplikacemi.

The Concise Binary Object Representation (CBOR, RFC7049): Toto je aplikační vrstva, která používá velmi efektivní a úsporné kódování binárních objektů, kompatibilní s JSON.

Whitelist: Seznam uzlů, které smějí být připojeny do sítě, se ukládá do RIIoT net controlleru.

End-to-End Encryption: Volitelná šifrovací metoda mezi dvojicí uzlů. Metoda šifrování je tedy známá jen příslušnému uzlu a aplikaci v cloudu, takže chrání proti útokům na routování.

OTA, Over-the-Air Updates: Podpora aktualizace v koncových uzlech. Takto je možno přeprogramovat jak aplikaci, tak firmware RF systém, a dokonce aktualizovat několik koncových uzlů najednou.

RIIoT Net Controller je část balíčku RIIoT Gateway Software Kit, který je nyní k dispozici pro stažení zde . 
Pokud Vás zajímá kompletní řešení sítě RIIoT Network, která obsahuje a má plnou kontrolu nad vstupy a výstupy ECE I/O, posím klikněte zde.

RIIoT: Součásti a nástroje (Parts&Tools)

Odstavec RIIoT Parts popisuje různé součásti, které můžete použít pro vybudování Vaší vlastní sítě  RIIoT Net a odstavec RIIoT Tools  popisuje nástroje, které byly vyvinuty pro podporu projektů se silnými požadavky na rychlé uvedení do provozu či na trh (fast to market). Tvůrci se snažili učinit tyto nástroje snadnými na použití, stejně jako jejich dokumentaci na prostudování. Uvádíme následující seznamy včetně odkazů na originální webové stránky Radiocrafts.

The RIIoT Parts:

• The SPR Module, The RIIoT Leaf Node Module
• RIIoT Net Controller
• GPR Module, the Gateway Module
• The RIIoT Gateway Dongle

 

The RIIoT Tools:

• The RIIoT SPR SDK
• The RIIoT Gateway Software Package
• The RIIoT Development Kit
  RIIoT Application Notes

The RIIoT Parts

Síť RIIoT Net je možno vytvořit z některých či všech následujících stavebních bloků:

• SPR Module: modul RIIoT koncového uzlu (listu)
• RIIoT Net Controller: řídicí middleware
• GPR Module: modul RIIoT gatewaye
• Gateway Dongle: USB  „krabička“ s USB/COM/485 převodníkem a GPR modulem

SPR Module: modul koncového uzlu (listu)

SPR Modul je kompletní, miniaturní modul tradičních rozměrů s velmi nízkou spotřebou, obsahující kompletní uzel IEEE802.15.4 g/e RF s 50Ω anténním rozhraním. Je navržen tak, že tvoří úplný „list“ (koncový bod grafu) systému RIIoT  a zahrnuje všechno potřebné k připojení přes anténu do rádiové sítě na jedné straně a na lokální sběrnici na desce PCB  na druhé straně, takže je velmi snadné připojit čidla, aktuátory i lokální řídicí jednotky.

Modul SPR přichází ve třech verzích, odvozených od základního typu RC1800:

• RC1880CEF-SPR, modul s nízkou spotřebou, volitelnou pamětí EEPROM aj.
• RC1880HPCF-SPR, modul se zvýšeným výkonem pro pásmo 868 MHz
• RC1890HPCF-SPR, modul se zvýšeným výkonem pro pásmo 915 MHz (moduly -HP- jsou určeny pro národní pásma, jsou v přípravě výroby)

Pozn.: Suffixy C,E,F znamenají:  
C = 32.768 kHz RTC crystal 
E = 4 kB I2C EEPROM
F = 256 kB SPI FLASH

Modul s nízkým příkonem má výstupní úroveň +14dBm (25mW), zatímco modul se zvýšeným výkonem (HP) má výstupní úroveň +26dBm (400mW). Rozdíl výstupních výkonů 12dB jednotlivých verzí se projevuje ve zhruba čtyřnásobném dosahu.

Modul může být použit s přenosovou rychlostí buď 5kbps anebo 50kbps. To se konfiguruje firmwarem. Nižší přenosová rychlost umožňuje větší dosah, zhruba dvojnásobný, ovšem za cenu delšího impulsu Tx, tedy spotřebované energie.

Následující tabulka dává přehled vlastností typů modulů a přenosových módů.

Typ (mód)	Výstupní výkon	Data Rate	Dosah (LOS)	Dosah v městském prostředí
RC1880CEF-SPR (5 kbps)	14 dBm	5 kbps	15 km	500 m
RC1880HPCF-SPR (5 kbps)	26 dBm	5 kbps	60 km	2 km
RC1880CEF-SPR (50 kbps)	14 dBm	50 kbps	5 km	200 m
RC1880HPCF-SPR (50 kbps)	26 dBm	50 kbps	20 km	700 m
RC1890HPCF-SPR (5 kbps)	26 dBm	5 kbps	60 km	2 km
RC1890HPCF-SPR (50 kbps)	26 dBm	50 kbps	20 km	700 m

 

Modul SPR dále obsahuje programovatelné vstupní/výstupní rozhraní ICI I/O.

Za použití jazyka C uživatel může přímo naprogramovat SPR Modul následovně:

• Vytvořit signály rozhraní pro jakýkoli sensor/controller nebo jejich kombinace
• Rozloženou „Mist“ inteligenci pro pre-processing dat, a tím snížit požadavek na přenášený objem dat
• Spravovat RF nastavení.

Následující obrázek znázorňuje možnosti ICI I/O:

Pro více informací o ICI I/O klikněte zde (odkazy vyžadují přihlášení). Klikněte zde pro získání další dokumentace z knihovny Radiocrafts.

RIIoT Net Controller

RIIoT Net Controller je Linuxovský „middleware“, který spravuje a řídí RIIoT GPR modul. Sídlí v gatewayi a „překládá“ zprávy RIIoT RF do JSON, spravuje nastavení sítě a zajišťuje OTA aktualizace (over the air updates).

Pozn.: JSON (JavaScript Object Notation) je odlehčený formát pro výměnu dat. Je jednoduše čitelný i zapisovatelný člověkem a snadno analyzovatelný i generovatelný strojově. Viz odkaz: https://www.json.org/json-cz.html

Net Controller může být snadno zaintegrován do gatewayové aplication pomocí socketu. Data and povely jsou komunikovány jako JSON objekty. Hlavní funkce Network controlleru zahrnují:

• Podpora „cloudu“ a nastavení RF sítě
• Reportování statusu RF sítě
• Managing spodní úrovně sítě pomocí GPR modulů
• Konverze a enkódování mezi RIIoT RF a JSON daty
• Managing OTA (over-the-air firmware updates) pro koncové uzly (listy) sítě

Middleware RIIoT Net Controller byl původně navržen pro spolupráci s RIIoT modulem GPR . Radiocrafts však dodává RIIoT Net Controller také jako předkompilovoanou spustitelnou aplikaci spolu se vzorovými integrovanými aplikacemi.

Síť RIIoT sice může fungovat bez RIIoT Net Controlleru, ale s redukovanou funkčností týkající se podpory „cloudu“ a monitorování sítě. Viz též Popis modulu GPR .

GPR Module, modul Gatewaye

GPR modul je jádrem gatewaye RIIoT sítě, tedy rozhraní mezi rádiovou sítí a pevnou sítí, např. internetem. Může být buď integrován přímo do gatewaye, anebo software gatewaye je v počítači a může mít k GPR modulu přístup například přes gatewayový USB „dongle“ připojený k počítači.

Middleware (součást gatewaye) RIIoT Net Controller komunikuje s GPR modulem, a tak získá plný přístup k síti RIIoT .

GPR Modul se může spojit s až  65 000 SPR  moduly a tak vytvořit obrovskou rádiovou síť.

GPR Modul přichází opět ve třech hardwarových variantách (podobně jako SPR modul):

• RC1880CEF-GPR, nízkopříkonový modul
• RC1880HPCF-GPR, modul se zvýšeným výkonem pro pásmo 868 MHz
• RC1890HPCF-GPR, modul se zvýšeným výkonem pro pásmo 915 MHz (moduly -HP- jsou určeny pro národní pásma, jsou v přípravě výroby)

Modul s nízkým příkonem má výstupní úroveň  +14dBm (25mW), zatímco modul se zvýšeným výkonem (HP) má výstupní úroveň +26dBm (400mW). Rozdíl výstupních výkonů 12dB jednotlivých verzí se projevuje ve zhruba čtyřnásobném dosahu.

Modul může být použit s přenosovou rychlostí buď 5kbps anebo 50kbps. To se konfiguruje firmwarem. Nižší přenosová rychlost umožňuje větší dosah, zhruba dvojnásobný, ovšem za cenu delšího impulsu Tx, tedy spotřebované energie.

Následující tabulka dává přehled vlastností typů modulů a přenosových módů.

Typ (mód)	Výstupní výkon	Přenosová rychlost	Dosah (LOS)	Dosah v městském prostředí
RC1880CEF-GPR (5 kbps)	14 dBm	5 kbps	15 km	500 m
RC1880HPCF-GPR (5 kbps)	26 dBm	5 kbps	60 km	2 km
RC1880CEF-GPR (50 kbps)	14 dBm	50 kbps	5 km	200 m
RC1880HPCF-GPR (50 kbps)	26 dBm	50 kbps	20 km	700 m
RC1890HPCF-GPR (5 kbps)	26 dBm	5 kbps	60 km	2 km
RC1890HPCF-GPR (50 kbps)	26 dBm	50 kbps	20 km	700 m

 

RIIoT Gateway Dongle („USB krabička“)

RIIoT Gateway Dongle je kompletně CE certifikovaný standardní produkt, který umožňuje rozšířit standardní Linuxovou gateway na gateway s RIIoT functionalitou. Toho se dosáhne připojením USB „krabičky“ RC1880-RIIOT-GWD obsahujícího GPR modul.

Stejného výsledku je možno dosáhnout použitím obdobného výrobku, univerzální sady RY-RCF-USB-GPR od Rystonu, který navíc umožňuje např. „prodloužení“ drátového připojení přes linku RS-485 a injekci napájení do kabelu tak, aby anténa byla v příznivém místě s dalekým dosahem, např. v podkroví či v krabici na střeše budovy.

Aby se dosáhlo RIIoT funkcionality, musí být middleware RIIoT Net Controller nainstalován do “Linux environment” kontextu gatewaye.

      

Obr.: Různá provedení gatewayových krabiček/sad: Radiocrafts, Ryston

Hardwarovým jádrem gatewayového rozhraní je GPR modul. Jednotka rozhraní (krabička / sada) dále obsahuje USB-COM/RS-485 převodník, napáječ / injektor, případně další součástky  a anténu (může být tyčová nebo integrovaná na DPS jako na obrázku, nebo směrová se ziskem, připojená přes krátký koaxiální kabel.

Krabičky Ryston jsou univerzální, podle osazeného typu modulu mohou být SPR i GPR, a mohou mít připojené různé typy senzorů / aktuátorů, popř. další obvody, anebo prototypové subdesky.

Vyzařovaný výkon je 12dBm (EIRP) se standardním modulem.

Gatewayové dongly Radiocrafts jsou dostupné ve čtyřech verzích podle použitého modulu:

• RC1880-RIIOT-GWD-EU - nízký příkon, 868 MHZ
• RC1880-RIIOT-GWD-US - nízký příkon, 915 MHZ
• RC1880HP-RIIOT-GWD-EU - zvýšený výkon, 868 MHZ
• RC1880HP-RIIOT-GWD-US - zvýšený výkon, 915 MHZ.

Univerzální sady RY-RCF-USB-GPR od Rystonu je rovněž možno osadit požadovanými moduly Radiocrafts s jednotným footprintem.

RIIoT Tool, nástroje   

RIIoT Tools je sada pomocných programů pro podporu vývoje aplikačních projektů, šetřících čas při požadovaném rychlém nasazení sítě, anebo pro uvedení na trh. Firma Radiocrafts se pyšní snadným použitím těchto nástrojů a výstižnou a snadno pochopitelnou dokumentací. Následuje přehled nástrojů, dostupných v současné době (v angličtině, odkazy na stránky Radiocrafts fungují po přihlášení), je možné je získat na vyžádání od Rystonu, autorizovaného distributora:

RIIoT SPR SDK, design-kit pro ICI aplikaci v listu – koncovém uzlu 
RIIoT Gateway Software Kit, program pro nastavení sítě 
RIIoT development kit, hardware pro tvorbu prototypu sítě 
The RIIoT Application notes 26-31, některé tipy a triky na pomoc vývoji

RIIoT SPR SDK

RIIoT SPR SDK je prostředí pro vývoj kódu pro ICI strukturu v modulu SPR. Záměrem při tvorbě tohoto prostředí firmou Radiocrafts bylo, že uživatel si bude moci sám naprogramovat jakoukoli aplikaci pro svoje sensorsy/controllery na méně než 100 řádcích vyššího programovacího jazyka C, což je možností a výzvou pro programátory v tomto jazyku.

RIIoT SPR SDK obsahuje:

• Rozsáhlá dokumentace
• Firmware pro modul RC1880CEF-SPR v binárním tvaru
• C knihovny
• Build skripty
• Programovací (Flashing) nástroje

SDK také přináší dva ICI tutoriály s dokumentací a C- zdrojovými kódy:

• Blikání LED
• Periodické vysílání dat po síti

A navíc, příklady v C- zdrojovém tvaru

• Auto Join network (automatické přidání k síti)
• Temp/humidity sensor reading: Čtení sensorů teploty a vlhkosti
• Čtení sensoru CO2
• Čtení sensoru plynu VOC

RIIoT SPR SDK je ke stažení (po přihlášení a uzavření EULA)  zde. 

RIIoT Gateway Software Package

RIIoT Gateway Software Package obsahuje nástroje a firmware pro nastavení a správu sítě RIIoT s GPR Modulem a standardním Linuxovským gatewayem. Ambicí tvůrců bylo udělat tuto činnost pro uživatele co nejjednodušší, ale s možností nastavit klíčové parametry sítě optimálně pro specifické požadavky sítě.

RIIoT Gateway softwarový balíček obsahuje:

• Rozsáhlá dokumentace
• The RIIoT Net Controller. - middleware podporující správu sítě RIIoT pomocí GPR Modulu
• The RIIoT Network Monitoring tool
• Vzorový příklad - kód Gateway application.

 

RIIoT Development Kit

The RIIoT development obsahuje všechny hardwarové díly potřebné pro rozchození malé sítě RIIoT z běžného PC. To umožní uživateli vyzkoušet si možnosti sítě, s minimálními prostředky. To je ideální pro ověřovací testy dosahu spojení v daném prostředí.

RIIoT development kit obsahuje tři destičky plošných spojů s anténami, napájecími zdroji a USB kabelem pro připojení k PC :

• RIIoT Gateway Board, vývojová destička s GPR Modulem
• RIIoT Leaf Node Board, vývojová destička s SPR Modulem
• A RIIoT sensor board, vývojová destička s SPR Modulem and 5 industriálními sensory, které se často používají.

Uvedené Development-kity přicházejí ve třech verzích:

• RC1880-RIIOT-DK, pro sítě s normálním / nízkým příkonem
• RC1880HP-RIIOT-DK, pro sítě s vysokým výkonem v pásmu 868 MHz
• RC1890HP-RIIOT-DK, pro sítě s vysokým výkonem v pásmu 915 MHz.

Kity budou podle zpráv výrobce k objednání v nejbližší době.

Ryston Electronics je autorizovaným distributorem výrobce pro Českou republiku. www.ryston.cz