Reţeaua casnică dintr-o casă inteligentă este formată din totalitatea elementelor care procesează, administrează, transportă şi stochează informaţii, permiţând conectarea şi integrarea de dispozitive de calcul, control, monitorizare şi
comunicare în mediul casnic
Introducere
Până de curând, reţeaua casnică a fost ignorată. Odată cu răspândirea calculatoarelor personale (PCs) şi a Internetului în căminele americane, realizările în tehnologia telecomunicaţiilor şi dezvoltarea dispozitivelor inteligente a fost evidenţiat rolul ultimilor 50 de metri pentru orice utilizator de reţea (de exemplu căminul american).
Mai mult, deoarece aceaste tendinţe de dezvoltare continuă, va creşte şi nevoia de reţele casnice simple, flexibile şi sigure. Acest articol se adresează pieţei driverelor, tehnologiilor actuale şi viitoare şi standardelor (sau lipsei acestora) care privesc reţelele casnice şi mediul reţelelor casnice.
1. Cerinţele pieţei
Conform estimărilor Yankee Group, mai mult de 30% dintre deţinătorii casnici de calculatoare personale sunt interesaţi de conceptul de reţea casnică. Câteva tendinţe contribuie la cerinţa în creştere şi la potenţialul de succes sau insucces al soluţiilor pentru reţeaua casnică.
Schimbarea modului de a munci
Internetul a produs multe schimbări în modul de a munci. Aceste schimbări au dus la necesitatea crescândă de reţele casnice. Datorită schimbării culturii de întreprindere, măsurilor de reducere a costurilor şi reducerii poluării prin eliminarea drumului la şi de la locul de muncă, mulţi angajatori au implementat practici de “telemutare”. Pentru implementarea acestor practici, managerii din tehnologia informaţiei (IT) trebuie nu numai să conecteze pe cei care nu lucrează la sediul companiei cu reţelele locale ale întreprinderii (LAN) şi cu intranetul, dar trebuie să ofere şi soluţii pentru legătura vocală. Pentru a-şi desfăşura activitatea în mod corespunzător, cei care nu lucrează la sediul întreprinderii trebuie să acceseze fişiere şi informaţii stocate în reţea, ceea ce implică o reţea sigură şi de înaltă calitate pentru voce, pentru menţinerea de linii multiple. Conform Telecommuting America, între 1995 şi 1997 numărul celor care lucrează acasă a crescut cu mai mult de 30%, la 11.1 milioane. Acest număr a mai crescut cu încă 40%, la 15.7 milioane, în 1998. Dacă aceste tendinţe continuă, necesitatea de soluţii pentru reţelele casnice va fi şi mai mare.
Afacerile mici sunt cele care au cea mai mare nevoie de aceste servicii, deoarece multe dintre aceste afaceri încep în mediul casnic. Conform Forrester Research, mai mult de 13 milioane de gospodării – 12.6% din căminele americane – au o afacere. Previziunile indică pentru anul 2003 că acest număr va creşte la 14%. Acest lucru implică nevoia de soluţii pentru afacerile mici care să funcţioneze bine în mediul casnic.
Gospodării bazate pe calculatoare personale
Cercetările Yankee Group arată că 43,1 milioane (44%) din gospodăriile americane deţin cel puţin un calculator personal. Dintre acestea, 9.4 milioane au două calculatoare personale şi 3 milioane au trei sau mai multe calculatoare personale. Este de aşteptat ca numărul gospodăriilor cu cel puţin un calculator personal să ajungă la 54% din total în anul 2001, iar cel al gospodăriilor cu mai multe calculatoare personale să ajungă la 24,5%.
Sunt mai mulţi factori care determină ca numărul gospodăriilor cu mai multe calculatoare personale să crească. Disponibilitatea largă de calculatoare personale la un preţ mai mic de 1 000 de dolari şi creşterea numărului de birouri casnice şi de oameni care lucrează acasă va contribui la această tendinţă. Mulţi analişti cred că aceşti factori vor face ca numărul de gospodării cu calculatoare personale să fie chiar mai mare decât cel prezentat în aceste previziuni. Aceşti analişti mai susţin că rata de penetrare a calculatoarelor personale în gospodării va creşte mai rapid decât rata generală de creştere a deţinătorilor de calculatoare personale.
Mai mult, cererea pentru accesul la Internet din partea utilizatorilor casnici continuă să crească. Conform cu Yankee Group, 22% din gospodăriile americane sunt abonaţi la un serviciu on-line sau la un ISP (Internet Service Provider – furnizor de servicii Internet). Multe dintre aceste gospodării îşi procură calculatoare şi linii telefonice suplimentare, necesare pentru accesul la Internet.
Administrarea dispozitivelor inteligente
Şi gospodăria americană se schimbă. Acest proces de dezvoltare este determinat şi de numărul în creştere de dispozitive inteligente care permit utilizatorilor să controleze şi să monitorizeze evenimentele care au loc în aparatele electrocasnice, şi în sistemele casnice de securitate. Într-adevăr, anul 1999 a fost primul an în care numărul de calculatoare personale a fost depăşit de dispozitivele fără unitate centrală de prelucrare (CPU) cum ar fi jocurile, telefoanele, PDA (Personal Digital Assistants) şi altele (vezi figura 1).
Pe măsură ce aceste dispozitive devin din ce în ce mai uzuale, necesitatea pentru o strategie de reţea casnică va creşte, ceea ce va permite ca dispozitivele de date, de voce şi inteligente să poată fi accesibile oricând şi oriunde.
Simplitatea şi siguranţa sunt esenţiale
Oricare ar fi tendinţele, cerinţele cheie ale acestei pieţe pentru reţele casnice sunt simplitatea şi siguranţa. Dacă procesul nu este uşor de instalat, uşor de folosit şi fără întreţinere, este probabil că nu va avea succes. În timp ce consumatorii doresc funcţionalitatea sofisticată a unei LAN – reţea pentru voce, acces la Internet partajat şi controlul dispozitivelor inteligente – ei nu vor să administreze un sistem complex. Ei doresc o funcţionalitate plug-and-play, în ideea că numai experţii au nevoie de know-how tehnologic şi că, întocmai ca telefoanele, calculatoarele personale trebuie doar să funcţioneze.
2. Tehnologii mobile pentru reţeaua casnică
Aceste reţele primitive sunt voluminoase, în special sisteme de tipul point-to-point în buclă sau în stea. Cele mai multe dintre aceste sisteme limitează mobilitatea şi flexibilitatea utilizatorilor.
Sisteme de transport pe bază de pereche de fire de cupru sau pe fir coaxial (Ethernet)
Topologia tipică a acestor sisteme este arătată în figura 2.
Această tehnologie are la bază standardul Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 802.3, care a suferit multe modificări pentru a permite interoperabilitatea între mai mulţi producători. Sistemele de transport bazate pe perechea de fire sau pe cablul coaxial sunt bidirecţionale, de obicei au un grad înalt de securitate, fiind astfel foarte răspândite în birourile care cer o reţea standard pentru calculatoare şi imprimante. Aceste reţele necesită cablurile voluminoase de Categoria 5 (CAT5) şi sunt de obicei scumpe. Unele reţele casnice au Ethernet, dar din cauza costului şi a dificultăţii de instalare, numărul acestora este mic.
Sisteme bazate pe perechea de fire de cupru
Topologia tipică a acestor sisteme este arătată în figura 3.
Această tehnologie foloseşte cablarea telefonică existentă în majoritatea caselor. În anumite cazuri firele de tip CAT3 permit o rată de transport de date de 1Mbps şi mulţi susţin că în viitorul apropiat această rată va fi de 10Mbps. Acestă tehnologie funcţionează în acelaşi timp cu serviciul normal de telefonie, fără a deranja utilizatorul. Home Phone Network Alliance (HomePNA) este o organizaţie care are ca scop dezvoltarea de standarde şi specificaţii pentru dispozitive de reţele casnice interoperabile care folosesc reţeaua telefonică existentă. Deşi au fost făcute progrese remarcabile pentru folosirea la maximum a acestor tipuri de reţele, succesul acestora va fi limitat de inflexibilitatea şi capacitatea limitată a acestora. O casă tipică conţine mai multe prize RJ-11; rareori acestea se găsesc în fiecare cameră sau în locuri unde pot fi instalate telefoane, calculatoare sau alte dispozitive suplimentare.
Mai mult, selectarea caracteristicilor semnalului pentru transportul de date în acest mediu este critic pentru eliminarea interferenţelor cu alte dispozitive care folosesc aceeaşi reţea. Aceste dispozitive pot fi roboţi telefonici, aparate fax, modemuri, telefoane şi alte dispozitive pentru transportul de date ca echipamente ISDN şi xDSL care folosesc în acelaşi timp perechea de fire.
Sisteme de transport bazate pe cablu coaxial cu două căi
Topologia tipică a acestor sisteme este arătată în figura 4.
Această tehnologie foloseşte acelaşi tip de cablu coaxial folosit şi în televiziune. Acesta oferă un mediu sigur pentru transportul datelor şi poate fi folosit pe distanţe mari. Folosit de obicei de operatorii de cablu pentru a trimite date în casă, el se termină lângă televizor, făcând astfel dificil transportul de date în întreaga casă.
Furnizorii de sisteme bazate pe cablu coaxial bidirecţional folosesc cablul coaxial pentru a trimite date în întreaga casă. Un astfel de furnizor este Canada Ltd., care oferă componente IBM Info-Structure Wiring™. Componentele IBM Info-Structure Wiring conţin trei cabluri coaxiale CAT5 şi două RG-6. Acestea pornesc de la temelia casei dintr-un tablou de distribuţie asemănător cu cel electric, de unde pleacă la câteva locuri din casă. Fiecare din aceste locuri are un info-port. Acest info-port are patru mufe telefonice: una pentru reţeaua de date din casă şi o mufă suplimentară pentru un eventual cablu cu fibră optică, cablu de distribuţie TV şi servicii de satelit distribuite. Pentru a permite sistemului IBM conectarea PC-to-PC este folosită o combinaţie de cablu coaxial şi o pereche de fire. Nu există sisteme care să permită comunicarea PC-to-PC folosid doar un cablu coaxial.
Aceste sisteme de transport pentru reţeaua casnică cer o planificare anterioară cu proprietarii casei, cu constructorii sau dezvoltatorii, pentru că sistemele sunt limitate la accesul la reţea numai prin mufe aflate în anumite locuri. Aplicaţiile dedicate sunt cele care se pretează cel mai bine la o astfel de planificare înainte de instalare. Modificările după instalare pentru noi mufe au un succes şi o flexibilitate limitată fără cablare aparentă, iar instalarea mufelor are un cost suplimentar substanţial.
Element de transport bazat pe reţeaua electrică
Topologia tipică a acestor sisteme este arătată în figura 5.
Reţeaua electrică de curent alternativ este disponibilă în întreaga casă ca element de transport de reţea. Aceasta este folosită ca mijloc de trasport pentru a transmite şi a recepţiona mesaje de control, de monitorizare şi de comunicare modulate în frecvenţă către dispozitivele inteligente care pot controla iluminarea şi condiţiile de mediu (“turn off”, “turn on” şi “dim”). Mai pot fi folosite ca elemente de comunicare vocale pentru interioare telefonice, modemuri şi dispozitive intercom, folosind prizele standard de alimentare de la reţea. Reţeaua de alimentare este dificil de folosit în cazul aplicaţiilor care necesită rate mari de transfer de date. Mai mult, nu există standarde care să asigure interoperabilitatea între producători.
3.Tehnologii mobile pentru reţeaua casnică
“Pentru a fi conectat trebuie să fii conectat fără fir.”
Elemente de transport mobile (Irda, telefonie analogică mobilă)
Tipologia tipică a acestor elemente este arătată în figura 6.
Tehnologia tradiţională mobilă pentru reţeaua casnică este folosită în aplicaţii controler cu infraroşii, cu vizibilitate directă, unidirecţionale, hand-held. Utilizările tipice actuale sunt pentru aplicaţii de tip recordere VCR, TV şi sisteme de alarmă şi securitate. Cealaltă tehnologie mobilă este telefonia mobilă. În orice caz, niciuna dintre acestea nu poate fi clasificată ca un element robust pentru reţeaua casnică. Telefonia mobilă necesită încă perechea de fire de cupru şi o mufă ca punct de acces, iar aplicaţiile actuale cu infraroşii au un domeniu spaţial limitat.
Element de transport mobil (cu frecvenţă radio)
În prezent există câteva standarde şi grupuri de lucru care se concentrează pe tehnologia mobilă pentru reţea (frecvenţa radio [RF]). Printre acestea se numără IEEE 802.11, HomeRF, Bluetooth şi protocolul de acces mobil standard (SWAP, Standard Wireless Access Protocol). Tehnologia elementelor de transport fără fir poate fi folosită pentru distribuirea de diferite tipuri de informaţii în interiorul unei case. Unele exemple folosesc un dispozitiv controler discret, altele folosesc un calculator personal ca dispozitiv de control, iar altele nu folosesc de loc un dispozitiv de control (de exemplu peer to peer). Transmisia RF mobilă este topologia de reţea casnică recunoscută ca alegere datorită flexibilităţii, mobilităţii şi capabilităţii ei de legătură mobilă.
Elementul de transport RF pentru reţea
Multe sisteme de reţea casnică fără fir folosesc tehnologia de spectru larg. Această tehnologie oferă o lărgime de bandă largă şi este larg folosită în domeniul militar datorită siguranţei şi fiabilităţii sale. În prezent sunt mai răspândite două tipuri de radio de spectru larg: FHSS (Frequency-Hopping Spread-Spectrum) şi DSSS (Direct-Sequence Spread-Spectrum). Aceste două sisteme nu sunt compatibile pentru că au frecvenţe de bandă diferite şi producători diferiţi. Selectarea unui sistem este critică, iar odată ce a fost contractat un furnizor este dificil ca acesta să fie schimbat, chiar atunci când sunt valabile anumite standarde. Primordiale sunt standardele de facto sau de producător.
FHSS este o purtătoare de bandă îngustă cu modele diferite de transmisie, aceste modele fiind cunoscute atât de receptori cât şi de emiţători. Atunci când cele două dispozitive sunt sincronizate, ele produc un canal logic de comunicare. DSSS produce modele de biţi numite chips sau coduri chipping. Securitatea este în funcţie de lungimea codului chipping sau în funcţie de numărul de biţi de date pe care îl transportă. Deoarece este incorporată o funcţie de corectare a erorilor, deseori nu este necesară retransmiterea datelor, acest lucru îmbunătăţind performanţa.
Sisteme mobile cu PC sau fără PC
Furnizorii de sisteme folosesc mai multe abordări, dintre care două sunt detaliate aici: o aplicaţie centrată pe PC, numai pentru date şi o aplicaţie vocală pentru reţeaua casnică.
Reţeaua centrată pe PC, numai pentru date
Furnizorii de software şi hardware oferă LAN fără fir ca soluţie pentru reţeaua casnică, folosind ca element central de control un calculator personal. În figura 7. se poate vedea o configuraţie de LAN casnică în care un PC controlează toată reţeaua. El efectuează adresarea şi rutarea între casă şi Internet.
Acestă abordare simplă face pur şi simplu legătura între tehnologia PC şi noua tehnologie de reţea casnică. Ea reprezintă şi modul simplu către succesul de piaţă.
Mai întâi, o reţea casnică construită în jurul unui PC implică faptul că acest PC va fi întotdeauna pornit şi disponibil pentru comunicaţii. Se mai presupune şi că nici o altă aplicaţie software sau hardware care rulează pe PC nu are efect asupra capabilităţii acestuia de a-şi îndeplini sarcinile de comunicare. Consumatorii sunt indulgenţi faţă de faptul că PC-ul are erori fatale şi trebuie să fie pornit din nou. În general consumatorii nu sunt indulgenţi faţă de erorile de comunicare din reţea pentru că ei se aşteaptă ca aceasta să funcţioneze fără probleme.
În al doilea rând, reţeaua casnică construită în jurul unui PC adresează numai elementele de reţea legate la PC, cum ar fi partajarea de fişiere şi imprimante, jocuri cu mai mulţi utilizatori sau un singur cont de ISP partajat. Celelalte elemente, cum ar fi comunicaţiile vocale sau aplicaţiile de monitorizare şi control, sunt lăsate deoparte.
Traducere de Aurelian Blejan