Verkkoratkaisut monen sensorin IoT-järjestelmissä
Pitkäjärvi, Lauri (2023)
2023
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303313361
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303313361
Tiivistelmä
Tämän työn aiheena on tutustua esineiden internetin (engl. Internet of Things, IoT) käsitteeseen ja rakenteeseen sekä vertailla erilaisten tietoverkon loogisten rakenteiden eli verkkotopologioiden soveltuvuutta useista laitteista koostuviin järjestelmiin. Tyypillisesti esineiden internetistä puhuttaessa tarkoitetaan kuluttajamarkkinoille tarkoitettuja älylaitteita, mutta sen hyödyntäminen myös teollisuudessa on kasvava ilmiö. Tuotantotekniikassa se mahdollistaa valmistajakohtaisten suljettujen järjestelmien korvaamisen internetistä tutuilla avoimilla standardeilla ja protokollilla.
Esineiden internetin rakennetta kuvataan hierarkkisilla malleilla, joissa hierarkian ylimmillä tasoilla ovat IoT-järjestelmän hallintaan ja datan esittämiseen liittyvät sovellukset, alempana datan tallentaminen, käsittely sekä säilyttäminen ja kaiken perustana ovat itse fyysiset laitteet sekä näiden väliset tietoliikenneyhteydet. Verkkotopologia on looginen kuvaus näistä yhteyksistä.
Työssä verrataan IoT-järjestelmille tyypillisiä tähti- ja silmukkaverkkotopologioita. Tähtitopologiassa muut laitteet ovat yhteydessä yhteen keskuslaitteeseen. Se soveltuu hyvin järjestelmään, jossa laitteet ovat tiiviissä ryppäässä. Sen etuna on erityisesti laitteiden yksinkertaisuus, sillä riittää kun ne osaavat viestiä keskuslaitteen kanssa. Keskuslaitteen vikaantuminen kuitenkin kaataa koko järjestelmän.
Silmukkaverkkotopologiassa jokainen laite on yhteydessä muihin lähiympäristönsä laitteisiin ja tietoliikenne välitetään niiden kautta. Tällainen järjestelmä sietää yksittäisten laitteiden vikaantumisen ja soveltuu erityisesti käyttötapaukseen, jossa laitteet sijaitsevat tasaisesti laajalla alueella.
Näiden lisäksi esitellään reunalaskentaan perustuva topologia, jossa jokainen laite on erikseen suoraan yhteydessä internetiin ja kaikki niiden välinen vuorovaikutus tapahtuu pilvessä. Tällaisesta järjestelmästä voi helposti tehdä jopa maailmanlaajuisen, sillä laitteiden sijainneilla toisiinsa nähden ei ole merkitystä.
Esineiden internetin rakennetta kuvataan hierarkkisilla malleilla, joissa hierarkian ylimmillä tasoilla ovat IoT-järjestelmän hallintaan ja datan esittämiseen liittyvät sovellukset, alempana datan tallentaminen, käsittely sekä säilyttäminen ja kaiken perustana ovat itse fyysiset laitteet sekä näiden väliset tietoliikenneyhteydet. Verkkotopologia on looginen kuvaus näistä yhteyksistä.
Työssä verrataan IoT-järjestelmille tyypillisiä tähti- ja silmukkaverkkotopologioita. Tähtitopologiassa muut laitteet ovat yhteydessä yhteen keskuslaitteeseen. Se soveltuu hyvin järjestelmään, jossa laitteet ovat tiiviissä ryppäässä. Sen etuna on erityisesti laitteiden yksinkertaisuus, sillä riittää kun ne osaavat viestiä keskuslaitteen kanssa. Keskuslaitteen vikaantuminen kuitenkin kaataa koko järjestelmän.
Silmukkaverkkotopologiassa jokainen laite on yhteydessä muihin lähiympäristönsä laitteisiin ja tietoliikenne välitetään niiden kautta. Tällainen järjestelmä sietää yksittäisten laitteiden vikaantumisen ja soveltuu erityisesti käyttötapaukseen, jossa laitteet sijaitsevat tasaisesti laajalla alueella.
Näiden lisäksi esitellään reunalaskentaan perustuva topologia, jossa jokainen laite on erikseen suoraan yhteydessä internetiin ja kaikki niiden välinen vuorovaikutus tapahtuu pilvessä. Tällaisesta järjestelmästä voi helposti tehdä jopa maailmanlaajuisen, sillä laitteiden sijainneilla toisiinsa nähden ei ole merkitystä.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10844]