- Ambient IoT Alliance promuje otwarty, wielostandardowy ekosystem dla czujników bezbateryjnych, zasilanych energią otoczenia.
- IoT w środowisku naturalnym umożliwia masową i zrównoważoną sensoryzację w logistyce, handlu detalicznym, służbie zdrowia i inteligentnych miastach, przy minimalnej konserwacji.
- Podstawą techniczną tych nowych sieci urządzeń są standardy takie jak 3GPP (NB-IoT, LTE-M, 5G-A), IEEE 802.11bp i Bluetooth LE.
- Do najważniejszych wyzwań należą: efektywne pozyskiwanie energii, globalna interoperacyjność oraz bezpieczeństwo i prywatność w przypadku wdrożeń na dużą skalę.
Pojawienie się Ambient IoT i Ambient IoT Alliance zmienia sposób, w jaki łączymy obiekty fizyczne z platformami cyfrowymi. Przechodzimy od czujników przewodowych lub zasilanych bateryjnie do nowej generacji urządzeń, które działają, wykorzystując energię z otoczenia, niemal tak, jakby stale „unosiły się” w powietrzu.
W tym kontekście powstał Ambient IoT Alliance (AIoTA) – globalny sojusz międzysektorowy, którego celem jest uporządkowanie, skoordynowanie standardów i przyspieszenie masowego wdrażania tej technologii. Za nim stoją giganci, tacy jak Atmosic, Infineon Technologies, Intel, PepsiCo, Qualcomm, VusionGroup i Wiliot, którym zależy na tym, aby kolejna fala IoT była skalowalna, zrównoważona i przede wszystkim interoperacyjna.
Co dokładnie proponuje Ambient IoT Alliance?
Głównym celem AIoTA jest wspieranie otwartego, zharmonizowanego i wielostandardowego ekosystemu dla bezbateryjnych urządzeń IoT. Misję AIoTA podsumowano jako „przyspieszenie i wspieranie rozwoju otwartego, zharmonizowanego i spójnego ekosystemu wielostandardowego”, który łączy producentów, dostawców, integratorów, operatorów i użytkowników końcowych.
Aby to osiągnąć, sojusz dąży do skoordynowania działań standaryzacyjnych z kluczowymi organizacjami, takimi jak 3GPP, IEEE, Bluetooth SIG i innymi odpowiednimi forami. Celem jest zapewnienie, aby tagi i czujniki Ambient IoT komunikowały się tym samym językiem, współpracowały z istniejącymi sieciami (5G Advanced, Bluetooth Low Energy, Wi-Fi/IEEE 802.11bp, NB-IoT, LTE-M itp.) oraz unikały fragmentacji, która hamowała poprzednie fale IoT.
Kolejnym filarem ich propozycji jest umożliwienie wdrożeń „prawie bezinfrastrukturalnych” . AIoTA promuje architekturę, w której urządzenia są zasilane energią radiową, światłem lub ciepłem otoczenia i wykorzystują istniejącą infrastrukturę ( routery Wi-Fi , telefony komórkowe, punkty dostępu Bluetooth, stacje bazowe 5G) jako bramy komunikacyjne, minimalizując liczbę dedykowanych bram i okablowania.
Ponadto celem sojuszu jest zademonstrowanie potencjału ekonomicznego i społecznego środowiskowego Internetu rzeczy poprzez kompleksowe przypadki użycia : testy pilotażowe w łańcuchach dostaw, logistyce, handlu detalicznym, służbie zdrowia lub inteligentnych miastach, które pokażą, że technologia ta działa na dużą skalę, jest niezawodna i faktycznie zapewnia oszczędności kosztów, identyfikowalność i zrównoważony rozwój.
Ich plan działania obejmuje również promowanie bezpieczeństwa, prywatności i ram certyfikacji dostosowanych do tego nowego typu urządzeń, które mają bardzo ograniczone zasoby energii i obliczeniowe, ale muszą spełniać tak rygorystyczne przepisy, jak dyrektywa w sprawie urządzeń radiowych lub ustawa o cyberodporności w Europie.
Czym jest środowiskowy IoT i dlaczego jest inny?
Tak zwany Ambient Internet of Things (IoT) to ewolucja klasycznego IoT i technologii takich jak RFID. Obejmuje on urządzenia, które są zasilane głównie poprzez przechwytywanie energii otoczenia : fal radiowych, światła, wibracji, ruchu, ciepła lub innych dostępnych źródeł, co pozwala im działać bez konwencjonalnych baterii lub z autonomią sięgającą lat.
Kluczową różnicą w porównaniu z tradycyjnym IoT jest to, że te czujniki działają autonomicznie i dyskretnie , osadzone w otoczeniu i przedmiotach codziennego użytku: opakowaniach, odzieży, paletach, pojemnikach, urządzeniach, a nawet fiolkach z lekami. Nie wymagają częstej wymiany baterii, co otwiera drogę do umieszczania czujników na niemal dowolnym urządzeniu bez zbędnych kosztów i konserwacji.
Koncepcja Ambient IoT została formalnie sformułowana przez 3GPP w 2023 roku i od końca 2022 roku zyskuje na popularności w środowisku technologicznym. Opiera się ona na dziesięcioleciach doświadczeń z NB-IoT, LTE-M, pasywnym RFID i Bluetooth Low Energy, ale stanowi krok naprzód, integrując pozyskiwanie energii jako funkcje standardowe i wprowadzając nowe standardy, takie jak IEEE 802.11bp oraz definicję urządzeń Ambient IoT w 5G Advanced Release 19.
Dzięki temu podejściu środowiskowy IoT jest zintegrowany z krajobrazem niemal niewidocznie : czujniki rejestrują lokalizację, temperaturę, wilgotność i inne parametry, przetwarzają część tych danych na brzegu sieci i przesyłają do chmury lub systemów lokalnych tylko to, co jest niezbędne, co pozwala uniknąć dużego zużycia energii i zmniejszyć opóźnienia oraz zapewnić prywatność.
Bezpośrednim skutkiem jest znacznie większa skalowalność i mniejszy wpływ na środowisko . Nie mówimy już o milionach urządzeń, ale o setkach miliardów, a nawet bilionach – coś niewyobrażalnego, gdyby baterie trzeba było wymieniać ręcznie. Ma to kluczowe znaczenie w globalnej logistyce, inteligentnych miastach, rolnictwie precyzyjnym i przemyśle, gdzie zagęszczenie obiektów do monitorowania jest ogromne.
Niewidzialna inteligencja otoczenia: kiedy w grę wchodzi sztuczna inteligencja
Bazując na fundamentach środowiskowego Internetu Rzeczy, powstaje tzw. Niewidzialna Inteligencja Otoczenia (IAI) , która jest po prostu połączeniem tych samowystarczalnych czujników ze sztuczną inteligencją i wszechobecnym przetwarzaniem danych. Kluczem jest to, że wszystko dzieje się bezgłośnie: system postrzega, analizuje i działa bez konieczności wyraźnej interakcji użytkownika.
W tym modelu dane rejestrowane przez tagi i węzły Ambient IoT są przetwarzane na urządzeniach lokalnych lub platformach przetwarzania brzegowego , gdzie algorytmy uczenia maszynowego wykrywają wzorce, przewidują zdarzenia i uruchamiają automatyczne reakcje. Optymalizacja tras logistycznych, regulacja systemów klimatyzacji, regulacja ruchu miejskiego i przewidywanie awarii maszyn odbywa się bez konieczności ręcznego monitorowania.
Sztuczna inteligencja opiera się na zasadach przetwarzania wszechobecnego i energii otoczenia , co pozwala na osadzenie inteligencji dosłownie wszędzie: na półkach supermarketów, w chłodniach, latarniach ulicznych, pojazdach dostawczych, sprzęcie medycznym, a nawet odzieży technicznej.
Praktycznym rezultatem jest przejście od systemów czysto reaktywnych do rozwiązań predykcyjnych i adaptacyjnych . Na przykład w zakładzie przemysłowym czujniki IoT otoczenia mogą wykrywać wahania temperatury lub nietypowe wibracje i, w połączeniu z modelami AI, przewidywać awarie komponentów. W mieście mogą regulować oświetlenie i ruch uliczny na podstawie rzeczywistego przepływu ludzi i pojazdów.
Co więcej, ogromna ilość danych generowanych przez te sieci środowiskowe stanowi doskonałe paliwo dla zaawansowanych modeli sztucznej inteligencji , w tym dużych modeli językowych podobnych do ChatGPT , zdolnych do krzyżowego odwoływania się w czasie rzeczywistym do informacji fizycznych z analizą predykcyjną i oferowania rekomendacji zarówno przedsiębiorstwom, jak i użytkownikom końcowym.
Standardy i protokoły umożliwiające rozwój środowiskowego Internetu rzeczy
Aby cały ten ekosystem mógł funkcjonować, AIoTA wyraźnie dąży do wdrożenia ram dobrze skoordynowanych standardów . Nie chodzi o wyważanie otwartych drzwi, ale o integrację tego, co już istnieje, i dodanie brakujących elementów, aby umożliwić efektywne działanie w warunkach niskiego zużycia energii.
W dziedzinie sieci komórkowych o niskim poborze mocy 3GPP odgrywa kluczową rolę . Technologie takie jak NB-IoT (Narrowband IoT) umożliwiają komunikację o bardzo niskiej przepustowości, szeroki zasięg – nawet w pomieszczeniach i trudno dostępnych obszarach – oraz wyjątkowo niskie zużycie energii, co jest idealne dla czujników wysyłających jedynie niewielkie pakiety danych.
Z drugiej strony LTE-M oferuje większą przepustowość, mniejsze opóźnienia oraz obsługę funkcji mobilnych i głosowych , dzięki czemu nadaje się do scenariuszy Ambient IoT, w których wymagane są intensywniejsze dane lub urządzenia ruchome, takie jak floty pojazdów, kontenery transportowe lub sprzęt przenośny.
W świecie sieci lokalnych i krótkiego zasięgu, standardy IEEE i Bluetooth SIG odgrywają fundamentalną rolę . Standard IEEE 802.11bp definiuje modyfikacje warstw MAC i PHY Wi-Fi, aby obsługiwać stacje zasilane wyłącznie energią pozyskiwaną z sieci, z trybami pracy zarówno w paśmie sub-GHz, jak i 2,4 GHz. Technologia Bluetooth Low Energy (BLE) jest już szeroko stosowana w nadajnikach i znacznikach o niskim poborze mocy i jest również integrowana z tym nowym paradygmatem.
Nie możemy zapominać o dziedzictwie pasywnych technologii RFID i automatycznej identyfikacji (Auto ID) . Doświadczenie z niedrogimi, bezbateryjnymi tagami do masowej identyfikacji posłużyło za podstawę do zaprojektowania nowych tagów Ambient IoT, które idą o krok dalej, dodając funkcje wykrywania, lekkie obliczenia oraz transmisję aktywną lub z rozproszeniem wstecznym.
W warstwie aplikacji lekkie protokoły, takie jak MQTT i CoAP, ułatwiają efektywny transport danych z urządzeń o ograniczonych zasobach do platform chmurowych lub systemów brzegowych. Ma to na celu minimalizację zużycia energii związanego z komunikacją, która zazwyczaj jest największym obciążeniem baterii w tradycyjnym IoT.
Konkretne przykłady: od Wiliot do europejskiego projektu Ambient-6G
Pionierskim przykładem tego podejścia jest firma Wiliot, która od lat pracuje nad tagami Ambient IoT wielkości znaczka pocztowego. Ich tak zwane piksele IoT to małe, elastyczne płytki, które zawierają miniaturowy komputer, anteny i układy scalone zdolne do pozyskiwania energii z fal radiowych otoczenia (Wi-Fi, Bluetooth, 4G/5G itp.).
W przeciwieństwie do tradycyjnych nadajników Bluetooth, te znaczniki mogą przesyłać pakiety danych bez baterii ani zewnętrznego zasilania , raportując parametry takie jak temperatura, przybliżona lokalizacja czy poziom napełnienia pojemnika. Podczas pandemii firma Wiliot zintegrowała tę technologię z pojedynczymi fiolkami szczepionek firmy Pfizer, aby monitorować temperaturę, objętość i rozcieńczenie w czasie rzeczywistym.
Na poziomie europejskim projekt Ambient-6G idzie o krok dalej, dążąc do opracowania urządzeń neutralnych energetycznie (END), zdolnych do łączenia się z Internetem Rzeczy (IoT) za pośrednictwem przyszłych sieci 6G o ultraniskim poborze mocy. Koncepcja zakłada, że urządzenia te będą gromadzić energię otoczenia lub otrzymywać wystarczającą ilość energii bezprzewodowej, aby działać autonomicznie przez dziesięciolecia.
Konsorcjum Ambient-6G, kierowane przez IMEC przy udziale Telefónica oraz podmiotów z Finlandii, Francji, Grecji, Belgii, Hiszpanii i Austrii, zamierza zaprojektować, stworzyć prototyp, zweryfikować i ujednolicić zarówno sprzęt, jak i oprogramowanie tych urządzeń końcowych (END), a także infrastrukturę sieciową 6G, która będzie im służyć.
Wśród celów projektu znajduje się opracowanie zaawansowanych modułów pozyskiwania i zarządzania energią , technik rozpraszania wstecznego oraz aktywnej komunikacji bezprzewodowej o ultraniskim poborze mocy, a także technologii sieci rozległej 6G, jeszcze bardziej wydajnej niż obecne rozwiązania. Celem projektu jest również integracja rozproszonego uczenia maszynowego w celu zarządzania zasobami sieci i urządzeń oraz lokalnego przetwarzania danych w całym kontinuum chmura-brzeg-urządzenie.
Wszystko to wynika z przekonującego założenia: zasilanie setek miliardów urządzeń IoT wymiennymi bateriami jest nieopłacalne ze względu na koszty, wpływ na środowisko i zagrożenia dla bezpieczeństwa. Ekologiczny IoT jest prezentowany właśnie jako alternatywa pozwalająca uniknąć tej góry baterii i wygórowanych kosztów związanych z konserwacją.
Zastosowania w łańcuchu dostaw, logistyce i handlu detalicznym
Jednym z obszarów, w których potencjał środowiskowego Internetu Rzeczy jest najbardziej widoczny, jest łańcuch dostaw i globalna logistyka . Samowystarczalne czujniki przymocowane do produktów, pudeł, palet lub kontenerów zapewniają ciągłą widoczność od źródła do punktu sprzedaży lub domu konsumenta.
W sektorach takich jak spożywczy i farmaceutyczny, etykiety te mogą stale monitorować temperaturę i wilgotność , zapewniając utrzymanie łańcucha chłodniczego i nieprzekraczanie określonych progów ryzyka. W przypadku wystąpienia odchylenia, system może zapewnić wczesne ostrzeżenie i zapobiec stratom rzędu milionów dolarów lub problemom z bezpieczeństwem i higieną pracy.
Tagi IoT Ambient umożliwiają również precyzyjne śledzenie w czasie rzeczywistym . W przeciwieństwie do pasywnego RFID, który reaguje tylko w pobliżu czytnika, te rozwiązania mogą wysyłać informacje o statusie w sposób ciągły lub okresowy, nawet gdy kontener znajduje się na środku oceanu, i mogą przechowywać dane tylko lokalnie, aby przesłać je ponownie po odzyskaniu zasięgu.
Kolejnym kluczowym obszarem jest zapobieganie oszustwom i fałszerstwom . Czujniki wykrywające nieautoryzowane otwieranie, nagłe zmiany temperatury lub manipulacje umożliwiają identyfikację potencjalnych zmian w ładunku, co jest kluczowe w przypadku leków o wysokiej wartości, dóbr luksusowych lub delikatnej elektroniki.
W handlu detalicznym firmy takie jak VusionGroup już korzystają z elektronicznych etykiet półkowych , które wykorzystują te technologie. Mogą one aktualizować ceny w czasie rzeczywistym, wykrywać niedobory produktów, mierzyć warunki środowiskowe i przesyłać wszystkie te informacje do systemów zarządzania, aby optymalizować zapasy, zapobiegać uszkodzeniom i redukować ilość odpadów.
Wpływ na inteligentne miasta i środowiska miejskie
W obszarach miejskich IoT (internet rzeczy) w środowisku staje się kluczowym elementem inteligentnych miast . Dyskretne, samowystarczalne czujniki rozmieszczone w całym mieście mierzą jakość powietrza, poziom hałasu, zajętość miejsc parkingowych, stan infrastruktury oraz zużycie energii przez budynki i oświetlenie uliczne.
Dzięki tym danym w połączeniu z algorytmami sztucznej inteligencji możliwe jest optymalizowanie ruchu drogowego poprzez dostosowanie sygnalizacji świetlnej i tras , przeprojektowanie linii transportu publicznego, zmniejszenie korków i emisji, a także przewidywanie obszarów o dużym zanieczyszczeniu w celu podjęcia działań zapobiegawczych.
W sektorze energetycznym wdrożenie czujników Ambient IoT w oprawach oświetleniowych i systemach klimatyzacji umożliwia regulację oświetlenia oraz wykorzystanie ogrzewania lub klimatyzacji na podstawie faktycznej obecności osób, światła naturalnego lub warunków pogodowych, co znacznie zmniejsza zużycie energii.
Wszystkie te pomiary środowiskowe mają również istotny komponent społeczny: dostarczają obiektywnych i ciągłych danych , które mogą wspierać politykę publiczną w zakresie mobilności, zdrowia i zrównoważonego rozwoju, a także otwierają drzwi innowacyjnym usługom dla obywateli – od aplikacji rekomendujących trasy o lepszej jakości powietrza po systemy wspomagania mobilności dla osób starszych i niepełnosprawnych.
AIoTA przewiduje masowe wdrożenia tego typu rozwiązań w handlu detalicznym, inteligentnych miastach, logistyce i opiece zdrowotnej w nadchodzących latach, wraz z ugruntowaniem standardów, spadkiem kosztów etykiet i większą konsolidacją ekosystemu przemysłowego wokół tej technologii.
Wyzwania: energia, interoperacyjność, bezpieczeństwo i prywatność
Pomimo ogromnego potencjału, masowa adopcja środowiskowego Internetu Rzeczy (IoT) wiąże się ze znacznymi wyzwaniami technicznymi, operacyjnymi i regulacyjnymi . Sama AIoTA dostrzega potrzebę skoordynowanych wysiłków w celu zapewnienia rzeczywistej funkcjonalności i bezpieczeństwa ekosystemu.
Po pierwsze, istnieje wyzwanie efektywnego gromadzenia i zarządzania energią otoczenia . Nie wystarczy po prostu przechwycić niewielką ilość energii z fal radiowych lub światła; musi ona być przechowywana, zarządzana i wykorzystywana w niezwykle zoptymalizowany sposób, aby urządzenia mogły wykrywać, przetwarzać i komunikować się bez wyczerpywania swoich rezerw.
Interoperacyjność między urządzeniami i platformami to kolejny kluczowy obszar. Przy tak wielu podmiotach (producenci chipów, twórcy etykiet, integratorzy systemów, operatorzy sieci, dostawcy usług w chmurze itp.) ryzyko tworzenia niekompatybilnych silosów jest wysokie. Stąd znaczenie pracy AIoTA w zakresie koordynacji standardów i najlepszych praktyk.
Pod względem bezpieczeństwa i prywatności, środowiskowy IoT stwarza jeszcze większe wyzwania niż tradycyjny IoT . Masowe i powszechne rozmieszczenie czujników zwiększa powierzchnię ataku i mnoży potencjalnie podatne punkty. Na przykład, krytyczne luki zostały wykryte w beaconach V16.
Mimo to przepisy takie jak dyrektywa w sprawie urządzeń radiowych (Radio Equipment Directive) i ustawa o cyberodporności (Cyber Resilience Act) w Unii Europejskiej wymagają, aby każdy podłączony produkt spełniał surowe wymogi cyberbezpieczeństwa. Wymaga to projektowania specjalistycznych rozwiązań zabezpieczających dla IoT w otoczeniu, które są lekkie, solidne i kompatybilne z zasilaniem gromadzonym i przerywanym.
Wreszcie, istnieją kwestie zarządzania danymi i zaufania użytkowników . Doświadczenia ostatniej dekady pokazały, że IoT nie rozwija się w pełni, jeśli ludzie postrzegają urządzenia jako inwazyjne lub niebezpieczne. Sama AIoTA podkreśla, że bezpieczeństwo i prywatność muszą być wymogiem projektowym, a nie kwestią drugorzędną.
Krótko mówiąc, Ambient IoT Alliance przewiduje przyszłość, w której wszelkiego rodzaju przedmioty codziennego użytku będą mogły komunikować się z sieciami i chmurą bez konieczności korzystania z baterii jednorazowego użytku , zapewniając ciągły dostęp do danych zasilających systemy sztucznej inteligencji zdolne do ograniczania odpadów, zwiększania przejrzystości łańcucha dostaw, wzmacniania zrównoważonego rozwoju i oferowania spersonalizowanych usług zarówno branżom, jak i osobom prywatnym, pod warunkiem, że branża będzie w stanie wspólnie stawić czoła wyzwaniom związanym z energią, interoperacyjnością i cyberbezpieczeństwem, które towarzyszą tej cichej rewolucji.
Pisarz z pasją zajmujący się światem bajtów i technologii w ogóle. Uwielbiam dzielić się swoją wiedzą poprzez pisanie i właśnie to będę robić na tym blogu, pokazywać Ci wszystkie najciekawsze rzeczy o gadżetach, oprogramowaniu, sprzęcie, trendach technologicznych i nie tylko. Moim celem jest pomóc Ci poruszać się po cyfrowym świecie w prosty i zabawny sposób.