Sisäilmaston mittaus hyödyntää langatonta anturiteknologiaa:

Transkriptio

1 Ismo Grönvall/Timo/TUTA Tehtävä 5: Sisäilmaston mittaus hyödyntää langatonta anturiteknologiaa: Ihmiset viettävät huomattavan osan (>90 %) ajasta sisätiloissa. Sisäilmaston laatu on tästä syystä johtuen oleellinen osatekijä ihmisten hyvinvoinnille ja terveydelle. Sisäilmaston laadun varmentamiseksi voidaan tehdä ennakoivaa testaustyötä, jolloin suunnitelmien mukaisten ratkaisujen tuottama laatutaso selvitetään joko tietokonesimuloinneilla tai konkreettisilla ennakkotesteillä tutkimuslaboratorioissa. Olemassa olevissa rakennuksissa epäiltyjen sisäilmaongelmien syiden selvittäminen tapahtuu luonnollisesti kohteessa tehtävien tutkimusten ja mittausten avulla. Sisäilmaston varmentaminen käsittää tyypillisesti ilman fysikaalisten suureiden, kuten lämpötilan, kosteuden, paineen ja ilman liikenopeuden mittausta. Edellä mainittujen suureiden mittaustulosten perusteella voidaan laskea erilaisia tunnuslukuja ja arvioida tilan sisäilmaston laatutasoa. Mittaustulosten perusteella voidaan ennakolta arvioida jopa sitä, kuinka tyytyväisiä ihmiset tulevat olemaan rakennuksen/tilan sisäilmaolosuhteisiin. Langattoman anturiteknologian ja tiedonsiirron yleistyminen helpottaa sisäilman mittausta ja tutkimusta useilla eri tavoilla: Anturit ovat helposti liikuteltavia, koska johtoja ei tarvita Mittausjärjestelmien käyttöönotto on helppoa, koska järjestelmä tunnistaa lähialueella olevat anturit Antureiden pitkät huoltovälit säästävät kustannuksia Antureiden tehotarve on niin pieni, että paristojen vaihtoväli on jopa vuosia jne.

2 Mitä tekniikkaa langattomaan tiedonsiirtoon? Lyhyen kantaman langattomat verkkotekniikat on jaettu kahteen pääryhmään: langaton henkilökohtainen verkko (WPAN) ja langaton paikallinen verkko (WLAN). Ensin mainittuun kuuluvat mm. ZigBee- ja Bluetooth, jälkimmäiseen IEEE b/g/n. IEEE standardiin pohjautuvan ZigBee tekniikan käyttö on yleistynyt viime aikoina sisäilmamittalaitteissa. Yleistymistä on edesauttanut muun muassa tekniikan yksinkertaisuus, edullisuus ja pieni tehonkulutus. Merkittävänä etuna voidaan pitää myös ZigBee-laitteen ominaisuutta kytkeytyä nopeasti verkkoon. Verkkoon liittyminen kestää alle 30 ms, sleep-tilasta herääminen alle 15 ms ja lähetyksen aloittaminen alle 15 ms. ZigBee-tekniikan siirtonopeus on melko pieni (20-250kb/s / 868 MHz-2.4 GHz), mutta käytännössä aivan riittävä sisäilmamittauksissa tarvittaviin sovelluksiin. Kuva 1. ZigBee tekniikka käyttävä termisen viihtyisyyden mittalaite käytössä

3 Miten ZigBee-tekniikka toimii? Alla olevassa kuvassa on esitetty ZigBee- tekniikan mukainen kommunikointi, jossa eri kerrosten sisällä olevat vaaleat laatikot kuvaavat kerrosten suorittamia toimintoja. Kerrosten välissä olevat vihreät laatikot kuvaavat kerrosten välistä rajapintaa. Kuva 2. ZigBee-tekniikan kommunikointimalli Fyysinen kerros vaihtaa databittejä sen yläpuolella olevan MAC-kerroksen kanssa. Fyysinen kerros kytkee RF vastaanottimen päälle ja pois, sekä tekee kanavavalinnan.

4 Ylempi MAC-kerros mahdollistaa ylempien kerrosten datapalveluiden käytön (MLDE-SAP:in välityksellä) ja kerroksen hallintapalveluiden käytön (MLME- SAP:in kautta). Verkkokerros määrittelee käytettävän topologian ja käytössä olevat laitteet. Se huolehtii päätelaitteiden verkkoon liittymisestä ja poistumisesta sekä osoitteiden jakamisesta. Verkkokerros huolehtii myös verkon ylläpidosta, lähtevien viestien salauksesta, vaihtoehtoisen viestireitin etsimisestä ja reititystietojen tallentamisesta. Sovelluskerros sisältää sovelluksen tarvitseman ohjelmakoodin, laiteajurit yms. sovelluksen vaatimat pakolliset ominaisuudet. APS-alikerroksen tulee pystyä määrittämään laitteet, jotka ovat laitteen toimintasäteellä, pystyttävä liittämään 2 laitetta yhteen (bindaus) ja välittää liikennettä näiden laitteiden välillä. Kuvassa1 ylinnä esitetty Appication framework eli sovelluskehys tarjoaa valmiin rajapinnan standardoitujen sovellustason viestien luomiseen. Laitevalmistajien ohjelmistot sijaitsevat tällä tasolla.

5 Tietoturva ZigBeessä Security Service Provider eli SSP-kerros hallitsee ZigBee-standardin tietoturvaa. Se salaa datavirran ja purkaa salauksen. ZigBee-standardi mahdollistaa kolme tietoturvatasoa: 1) ei tietoturvaa, 2) pääsylistoihin perustuvan tietoturvan (ACL) ja 3) 128-bittisen AES salausmenetelmän. AES-algoritmillä toteutettu salaus mahdollistaa parhaan tietoturvan ZigBeeverkoissa. Datan salaus perustuu tässä menetelmässä avainten käyttöön, jotka tietävät vain lähettäjä ja vastaanottaja. Lähteet: 1. Puntola J. ZigBee-standardin prokokollapino. Saatavissa: