עונות אור שמש
עונה באה ועונה הולכת. אני נתון למקצבים של הטבע וחילופי העונות שלו. המעברים העונתיים של הטבע מקיפים את המחזורים המשתנים של אור השמש הזמין עבורי.
בכתיבת מאמר זה, מהמיקום שלי בחצי כדור הארץ הצפוני, אני חווה את זמן נקודת ההיפוך של דצמבר. נקודת ההיפוך החורפית היא אותו היום של השנה שבו אקבל את כמות קרינת השמש הקטנה ביותר—כפי שנמדד מהזריחה עד לשקיעה.
עוד מעט אביב. הימים יתארכו וכמות קרינת השמש תגבר. אני נהנה מההתארכות הזאת של הימים, עם העלייה בקרינת השמש המתלווה אליה. תמיד נדמה לי שהיא משפרת את מצב רוחי. אני יכול לנצל את שארית אור השמש ולהפיק את המיטב ממנה אחרי העבודה, לעתים קרובות ברכיבה באופני ההרים שלי דרך החורשות, מעל לשורשים, ובמורד ובמעלה הגאיות. שינוי זה של אורך קרינת השמש מתרחש באופן אוטומטי, ללא צורך בקלט או בקרה שלי.
האדם הוא חכם, ולכן הוא יצר מכשירים המספקים לו אור. בערים, עיירות, וכפרים ברחבי העולם, האדם רותם את מכשירי התאורה שיצר כדי להאיר אל תוך מעמקי החשכה. החברה המתורבתת, סדר חברתי מחובר המקדם יצירה תרבותית, משתמשת במכשירי התאורה האלה כדי לגרש את החושך ולסלול את הדרך לעתיד בהיר יותר.
פעם, מקורות האור הזה היו פריטים כגון נרות שעווה. איזה בלאגן! נדרשו ודאי מאמצים רבים וטרחה גדולה כדי להאיר אתר גדול, ולשמור אותו מואר היטב.
ואולם, המציאות הטכנולוגית של האינטרנט של הדברים (IoT) מאפשר כעת תאורה מחוברת חכמה בתוך מערכת מתואמת. מערכות מחווטות ואלחוטיות מאפשרות נתונים מאובטחים כדי לחבר מערכות תאורה באמצעות גישה משולבת וחכמה. מאמר זה מפרט כיצד תאורה מחוברת חכמה מאפשרת עתיד בהיר.
תאורה מחוברת חכמה
עונה של שינויים נמצאת בעיצומה. ה-IoT מפציע היום כמהפכה בטכנולוגיה. טכנולוגיית חיישנים חכמה וקישוריות אלחוטית בתדר רדיו (RF) חברו יחדיו כדי ליצור שיטות חדשות לחישה ואיסוף נתונים, ולהעלות אותם לאינטרנט. ה-IoT מאפשר בנייה של אוטומציה לשימוש תעשייתי ואישי (ביתי). באופן ספציפי, מטרתו היא לתכנת מערכות אלקטרוניות באופן מתואם ומשולב כדי לחקות או לשדרג את האינטליגנציה האנושית הזאת, ובכך לספק מערכת אוטומטית חכמה בעלת דרגה של חכמה. במקרה זה, חכמה פירושה היכולת לעמוד ביעד או לבצע משימה ברמה מסוימת מקובלת. מטרת המאמצים האלה היא ליצור מערכות אינטליגנטיות ועמידות יותר, שישפרו את תנאי המחיה של אנשים תוך הורדת עלויות והפחתת השפעות סביבתיות שליליות.
מערכות תאורה מחוברות מורכבות משלושה מרכיבי מפתח:
- מקור אור כמו נורה או LED
- גוף תאורה ומכלול אלקטרו-מכני כדי לחבר ולהבטיח את מקור האור למקומו,
- ומפסק או בקר
בשנים האחרונות אנו עדים למעבר מהיר ממקורות אור מסורתיים לדיודות פולטות אור (LEDs). ההצלחה של הטמעת תאורת לד מהווה נתיב טבעי עבור מערכות תאורה מחוברות, חכמות, דיגיטליות, ומבוקרות תוכנה. בעוד שבעבר שימשו מפסקים פשוטים של מעלה/מטה, או לחצני הפעל/הפסק, היום ה-IoT יחד עם מוצרי תאורה בעלי בקרה אלקטרונית מאפשרים יישומי תאורה חכמים, מחוברים.
תאורה מחוברת חכמה המותקנת בבניינים חכמים מנצלת מערכות ופלטפורמות אלקטרוניות מרובות, כולל גלאי תנועה, ומשלבת אותם במגוון שיטות לבקרת תאורה כדי לספק פתרונות המתאימים כמעט לכל מצב של בקרת תאורה. עם חיבור באמצעות ה-IoT ותוך שימוש בתשתיות פתוחות וניתנות להגדרה (configurable), קיימת אפשרות לאיסוף נתונים ושימוש בהם לצורך קבלת החלטות חכמה ותפעול אפקטיבי. הגמישות הרבה של תוכנה והפשטות של התכנון והבקרה הדיגיטליים מקנים יתרונות עבור פלטפורמות תאורה חכמות. ספקי רכיבים אלקטרוניים מובילים עוסקים כעת בפיתוח נורות לד, דרייברים של לדים, חיישנים, אלקטרוניקת הספק, והתקני בקרה אלקטרוניים שונים עבור מוצרי תאורה חכמים. ישנה מגמה מובחנת שבה היצרנים האלה פועלים כדי להבטיח השתלבות מוצלחת של המוצרים שלהם עם או בתוך תכנונים בתעשיית אוטומציית המבנים.
מערכות תאורה אוטומטיות הערוכות בדרך הזאת מכונות תאורה חכמה. בעתיד, עסקים ובעלי בתים ינצלו במידה הולכת וגוברת את המינוף המסופק על ידי תאורה מחוברת וה-IoT. תאורה חכמה מאפשרת בקרה אוטונומית ומתוכנתת של דרגות ההארה והצבע, ובו בזמן גם מזהה מתי התנועה או פעילויות תפוסת הבניין מחייבות התאמות, ובכך מספקת חוויה ממוטבת יותר עבור המשתמשים והבעלים. בין אם מדובר בתאורה של משרדים, בתי מגורים או תאורה ונורות רחוב עבור תנועת כלי רכב או הולכי רגל, תאורה חכמה אוטומטית מצויה בכל הנוף האורבני המודרני. תאורה חכמה הופכת עד מהרה לעמוד התווך של בניינים אוטומטיים חכמים בערים חכמות.
מחווטת ואלחוטית
בקרה חכמה של מערכות תאורה דורשת חיבורים חזקים ואמינים. קיימות שתי שיטות יסוד לרישות, לחיבור בין תאורה מחוברת חכמה וה-IoT: מחווטת ואלחוטית. בנוסף, שתי שיטות היסוד האלה לרישות ניתנות לשימוש בצירופים שונים המשתפים פעולה ביניהם תוך שימוש בשיטות תקשורת ופרוטוקולים שונים כגון Bluetooth mesh networking והגורמים היחידים שיכולים להגביל אותן הם דרישות האפליקציה ויצירתיות של המהנדס.
רשת מחווטת מסתמכת על חיבור פיזי-חשמלי ישיר בין נקודות ברשת. רשת אלחוטית אינה דורשת חיבור פיזי כלשהו בין המכשירים, ובכך משחררת מהצורך בחיווט קשיח. רשתות אלחוטיות מאפשרות למכשירים שברשת ‘לטייל בלי רצועה’. לשתי הגישות יש יתרונות וחסרונות. מהנדס חכם יחשוב מה עדיף עבור יישום מסוים, ועשוי לתכנן פתרון המנצל את החוזקות היחסיות של שתי מתודולוגיות הרישות, תוך מיתון ההשפעות של חסרונותיהן.
תאורה מחוברת חכמה בתוך ה-IoT דורשת מהנדס המבין את המפרטים המקובלים לתכנון, מהירות, רוחב פס, וחיבורי שיהוי נמוך (low-latency). מערכות מחווטות מציעות ביצועים מעולים בפרמטרים הספציפיים הנ”ל של המפרט, אך הן דורשות מפסקים המחווטים בחיווט קשיח לגופי התאורה, מה שגורע מהגמישות. שילוב של תכנונים אלחוטיים עשוי להקריב חלק מהמפרטים האלה, אך יספק שליטה בהגדרות ואופציות ניהול שלא היו אפשריות במגבלות של תכנונים מחווטים. ואמנם, שיפורים מתמשכים ודרמטיים בביצועי טכנולוגיית RF אלחוטית מאפשרים אופציות תכנון שלא היו זמינות בעבר, ואפילו לא הועלו על הדעת.
בקרות תאורה חכמות וה-IoT משתמשות לעתים קרובות בטופולוגיות רשת אלחוטיות, שבהן יש עודפי חיבורים בין צומתי רשת (איור 3). הטופולוגיות האלה, הקרויות “רבים אל רבים”, מציעות אפשרויות מלהיבות עבור בקרת תאורה חכמה: בעיקר מכיוון שהחיבורים העודפים שלהם מגנים מפני כשלים של צמתי נקודה יחידה, ובו זמנית מציעות שיהוי נמוך, מהירות גבוהה, ויעילות מצוינת. ZigBee ו- Bluetooth הם שני תקני תקשורת פופולריים.
Zigbee and Bluetooth Mesh
כדי לעמוד בדרישות של יישומי תאורה מחוברת חכמה, ניתן לשלב מוצרי WSN (רשתות חיישנים אלחוטיות) בהספק נמוך המבוססות על תקנים. מערכות המאפשרות רשת (mesh) מותקנות בכל רחבי העולם, ומחברות מגוון מכשירים חכמים ליישומים, תוך מתן פתרונות חכמים, ירוקים ויעילים יותר.
זיגבי, כמו בלוטות’, הנו מפרט לתקשורת ברשתות אלחוטיות פרטיות (WPANs) המתוכנן לעלות נמוכה, הספק נמוך, ומחזור פעילות קצר. טכנולוגיית זיגבי היא אידאלית עבור WSNs ורשתות הספק נמוך אחרות בעלות יכולת להשתרע על מרחקים גדולים. זיגבי בונה על תקןIEEE 802.15.4 אך מוסיפה את יכולת רישות המש (mesh) יחד עם פונקציונליות multi-hop ופרוטוקול ניתוב. קיימת תמיכה ברשתות כוכב כמו גם רשתות P2P (עמית לעמית) (לדוגמה, mesh and cluster tree), מה שהופך את זיגבי לדינמי, scalable, ומבוזר. טכנולוגיית זיגבי לא נועדה להתחרות בטכנולוגיות כגון Wi-Fi (IEEE 802.11) או בלוטות’ (IEEE 802.15.1); היא תוכננה עבור יישומים שבהם קצב העברת הנתונים הרבה פחות חשוב מיעילות ההספק, גודל הרשת, ויכולת הניתוב אד-הוק.
בלוטות’ (הוצגה לראשונה ביולי 2017) הנה פרוטוקול המבוסס על בלוטות’ באנרגיה נמוכה (BLE), המיושמת בתאורה מחוברת חכמה וב-IoT. היא משתמשת ברדיו בלוטות’ בעל יכולת פעולה על פני מרחק פיזי של 100 עד 1000 מטר. בהיותה טכנולוגיה חדשה, היא מנסה עדיין להציג התקנות בהיקף נרחב, ולהוכיח יעילות ואפקטיביות. קיים מגוון רחב של אנשים מוכשרים וחברות מתקדמות השוקדים בהתמדה על שיפורים.
נתונים
סוקרטס (470–399 BC) טען שהמידות הטובות הן ידע. פרנסיס בייקון (1561–1626) הכריז שעם הידע בא כוח. ביישומי ה- IoT של המחר, איסוף, אחסון וניתוח של נתונים יחוללו ידע. ה-IoT ירתום תובנות שהופקו מנתונים אשר תסייענה בקבלת החלטות עסקית ואישית. המגמה הזאת תספק מגוון דרכים חדשות לביצוע וניצול של תאורה מחוברת חכמה, כולל הגנה וניטור כנגד הפסקות חשמל והאפלות, וסיוע בעריכת לוחות זמנים לשמירה ותחזוקה של אפקטיביות תפעולית כוללת ברמה הגבוהה ביותר. הדרישה לקבלת החלטות ותגובה בזמן אמת, בעלות שיהוי נמוך, שאינו נתפס בחושים (<0.05s), תוביל לשילוב של חיישני איסוף נתונים רבים יותר. הנתונים האלה יעברו ניתוח ועיבוד בקצה ה”חכם”, ויספקו תובנות חדשות וגדולות יותר תוך הרחבת ההזדמנויות ליצירת ערך ושווקים חדשים. תאורה מחוברת חכמה פועלת כדי להפוך קבלת החלטות מבוססת נתונים למציאות.
אבטחה
על העברות נתונים להישאר מאובטחות מפני מקרים ומצבים מסוכנים. חיבורים אמינים ובטוחים הנם חובה. מערכות מחווטות ניתן לחתוך או לצותת, ומערכות אלחוטיות עלולות לחוות הפרעות, נפילות או גישה באמצעים מפוקפקים או זדוניים. תאורה מחוברת חכמה וה-IoT משתמשות בגישה רב-שכבתית להגנה, תוך יישום אבטחות בכמה נקודות שונות ברחבי המערכת.
צעדי מפתח העשויים להינקט כחלק מאותה גישה רב-שכבתית הם יצירת הרשאות נאותות וסיסמאות אישור גישה בסביבה של מערכת הפעלה (OS) תואמת ומוגנת. שימוש בפרוטוקולים מתאימים יאפשרו חיבור של מכשירים תוך אספקת ביצועים ואבטחה חזקים ויציבים במגוון רחב של תנאי הפעלה. כדי ליהנות מההגנות העדכניות ביותר, על כל מכשיר מחובר להיות מנוטר ומותאם לכל עדכוני הקושחה והתוכנה. את נתוני ה-IoT שנאספו יש לקלוט ולאמת לפני צריכתם ועיבודם בשלבי הרמות הנמוכות יותר ולפני עיבוד ברמה הגבוהה יותר, כדי למנוע שגיאות ingress במקורות בענן או במקורות עיבוד נתונים ברמה גבוהה יותר.
העתיד
העונות מתחלפות וגם הטכנולוגיה משתנה. ה-IoT פותח את הדלת לחיבור של תאורה חכמה במערכת מתואמת. מערכות מחווטות ואלחוטיות מאפשרות לנתונים מאובטחים לחבר מערכות תאורה באמצעות גישה מתואמת וחכמה. התאורה המחוברת החכמה הזאת וה-IoT הם הטכנולוגיות של העונה הבאה והבהירה ביותר שלנו. חשוב כמה רחוק הגענו מאז הימים של האש, אור הנרות, והנורה החשמלית של אדיסון!
על המחבר
כחבר צוות במאוזר אלקטרוניקה החל משנת 2011, פול גולאטה משמש כמומחה בכיר לתוכן טכני. תרומתו להצלחה של מאוזר היא בהנעת מנהיגות אסטרטגית וביצועים טקטיים, יחד עם הנחיות שיווק וקו עבור מוצרים מתקדמים הקשורים לטכנולוגיה. הוא משתף את המידע החדש והמעודכן ביותר עם מהנדסי הפיתוח, על ידי יצירת תוכן טכני ייחודי רב ערך, המעלה את מאוזר אלקטרוניקה למעמד של מפיץ מועדף נבחר.
לפני הצטרפותו למאוזר, פול שכלל את מומחיותו בתפקידים שונים בייצור ובשיווק ובתפקידים הקשורים למכירות בחברותHughes Aircraft Company, Melles Griot, Piper Jaffray, Balzers Optics, JDSU, ו-Arrow Electronics. פול למד לתואר בהנדסת אלקטרוניקה (BSEET) במכון הטכנולוגי DeVry (שיקגו, אילינוי), ותואר שני במנהל עסקים (MBA ) באוניברסיטת Pepperdine (מליבו, קליפורניה), תואר שני באלוהות MDiv (עם תואר במשפטים) ודוקטורט בסמינר התיאולוגיSouthwestern Baptist Theological Seminary (פורט וורת’, טקסס).
