An introduction to the Internet of Things.

Het Internet of Things, kortweg IoT, is een uitbreiding van het klassieke internet, een netwerk dat wereldwijd computersystemen verbindt. Zoals de naam doet vermoeden, worden bij IoT alledaagse voorwerpen gekoppeld aan het wereldwijde web. Dit zorgt ervoor dat nieuwe toepassingen mogelijk worden. IoT apparaten (Eng. IoT devices) en de toepassingen die er gebruik van maken, worden vaak ook “slim” genoemd. Dit komt omdat ze in staat zijn om (1) geautomatiseerde acties uit te voeren, (2) samen te werken met andere IoT devices en (3) gebruik kunnen maken van de rekenkracht en opslagcapaciteit die aanwezig is in ‘de cloud’.

Voorbeelden van slimme IoT devices en toepassingen.

• Slimme thermostaat: een slimme thermostaat zal automatisch voorspellen wanneer en waar in het huis er verwarmd moet worden. Dit gebeurt op basis van sensoren die de temperatuur meten, maar ook op basis van patroonherkenning. Daarnaast laat de slimme thermostaat ook bediening op afstand toe.
• Stofzuigrobot: Een stofzuigrobot zal zelf op geregelde tijdstippen de ruimte waarin hij zich bevindt stofzuigen. Het schema kan zelf door de gebruiker ingesteld worden, bijvoorbeeld via een web interface. Sommige robots kunnen ook de ruimte in kaart brengen om op die manier een efficiëntere werking te garanderen.

Belangrijke elementen van een IoT device.

Elk IoT apparaat heeft een aantal kenmerkende onderdelen. De rekeneenheid en de sensoren/actuatoren zijn essentiële onderdelen van elk embedded systeem. De communicatie (internetverbinding) maakt van het embedded systeem en IoT device.

Rekeneenheid – microcontroller

De microcontroller is het hart het IoT device. Dit is een goedkope processor met relatief beperkte rekenkracht en geheugen die specifiek ontworpen is voor het uitlezen van sensoren en het aansturen van actuatoren. De microcontroller controleert de volledige werking van het IoT apparaat.

Sensoren en/of actuatoren

Via sensoren is het toestel in staat om informatie over de omgeving te verzamelen. Fysische grootheden worden omgevormd naar elektrische signalen die door de microcontroller digitaal worden ingelezen en verwerkt. Voorbeelden van grootheden die zo gemeten kunnen worden zijn, temperatuur, luchtvochtigheid, lichtintensiteit, versnelling, geluid, etc.

Door middel van actuatoren kan het toestel de omgeving beïnvloeden of feedback geven aan de gebruiker. Typische voorbeelden van actuatoren zijn leds (of in ledsturing) en motoren.

Communicatie – verbinding met ‘de cloud’

Door middel van een communicatie interface kan de rekeneenheid de metingen doorsturen naar ‘de cloud’ (zie verder). Via deze verbinding kan de werking van het apparaat ook aangepast worden.

Low-Power Wide-Area Networks

Een specifieke communicatietechnologie voor IoT devices zijn de zogenaamde Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN). Deze draadloze technologie verschilt op een aantal belangrijke punten met meer bekende standaarden zoals WiFi en 4G. Dit zorgt er ook voor dat LPWAN’s uitermate geschikt zijn voor een bepaald soort IoT toepassingen.

De belangrijkste kenmerken van Low-Power Wide-Area Networks zijn:

• Draadloze communicatie over relatief grote afstanden, typisch enkel kilometers.
• Een laag energieverbruik maakt deze technologieën uitermate geschikt voor toepassingen die op batterij werken.
• Een beperkte datasnelheid wordt opgelegd om het uitgestuurde vermogen, de betrouwbaarheid en het energieverbruik te optimaliseren.

Onderstaande figuur geeft de typische opbouw van een LPWAN waar. Een IoT device (a) communiceert draadloos met een gateway (b). De gateway controleert de toegang tot het netwerk en geeft de data van de IoT devices door aan de cloud (c).

De cloud is een verzamelnaam voor alle infrastructuur die de gebruiker toelaten om zijn IoT devices te gebruiken. Alle doorgestuurde informatie wordt in de cloud opgeslagen en verwerkt.