לתנועת העיר החכמה חיבור הדוק עם קיימות, מאחר והיא מקיפה ניהול משופר ומיטבי של משאבי אנרגיה, תשתית מחוזקת , בעלת כושר התאוששות לצורך שיפור איכות החיים ולהנגשת איכות חיים. שימוש יעיל של משאבים זמינים הוא המפתח לקיימות ומהווה חלק חשוב במאבק נגד שינוי האקלים. טכנולוגיות אלחוט יוצרות חיבור בין יחידות שונות בערים חכמות כאשר Wi-SUN הינו תקן גמיש רב-כוח שיכול לספק תמיכה חסכונית במספר רב של מכשירים מחוברים. ל- Wi-SUN חשיבות מרכזית בהזרמת יישומים ושירותים רחבי היקף של האינטרנט של הדברים (IoT).
הנוף ההיסטורי של הערים החכמות היה מפוצל ברשתות קנייניות שטיפלו בצרכי יישומים שונים. בצד השירותים הציבוריים, מוני חשמל מוזנים מקווי חשמל, מוני מים וגז מוזנים ביישומי סוללות. מוני חשמל חכמים משתמשים בקישוריות אלחוטית מהירה להעברת נתונים בזמן אמת, תוך זמן השהייה קצר בחזרה לרשת. מוני מים וגז צריכים, אופיינית להמשיך לפעול בעזרת מצברים למשך עשור ומשתמשים לכן בחיבורים לטווח ארוך בצריכת חשמל נמוכה. יישומים מופעלי מצברים אלה מתחברים למונה חשמלי ומסתמכים עליו לשידור הנתונים למרכז אספקת השירות. לפיכן, מוני חשמל הפכו לסוג של צוברים וחייבים לתמוך בתעבורת נתונים גבוהה וזמני השהייה קצרים כדי להוות רשת אמינה.
במתקני עיר חכמה, תאורת הרחוב דומה למוני חשמל ומנוהלת על הבקרים המרכזיים. תאורת רחוב היא תשתית עירונית מסורתית נרחבת הבשלה לדיגיטציה. ההתפתחות הגוברת של מתקנים אלה לחופות המיועדות לתשתית דיגיטלית הכוללת צמתים לניטור דיגיטאלי של איכות אוויר, חנייה, ניהול פסולת, גילוי מכסים של פירים וכדומה ובאמצעות חיישנים המשתמשים בטכנולוגיות הנתמכות בתקשורת טווח רחוק ובצריכת חשמל נמוכה.
Wi-SUN שמשמעות שמה הוא רשתות אלחוט חכמות בתפוצה בו-זמנית, היא טכנולוגיית רשת מבוססת IPv6 המספקת תקשורת מכונה – למכונה לתשתיות האינטרנט של הדברים גדולות היקף. למרות ש Wi-SUN קיימת משנת 2013, תאוצת תפוצת הטכנולוגיה החלה בחמש השנים האחרונות, לאחר שארגונים האיצו חדשנות בתשתיות ניטור רשת. Wi-SUN יכולה לעזור בהקשר זה מפני שהיא מתוכננת במפורט לדרישות המורכבות של מדידה חכמה, תאורת רחוב, רשתות חיישני עיר חכמים וצרכים נוספים של ניהול נכסים.
אחד הנכסים הגדולים של Wi-SUN היא טכנולוגיית הרשת המתעצבת מעצמה שבה צומתי הקצה מתחברים ישירות ובאופן דינאמי לצמתים קרובים אחדים ליצירת הרשת. גישה זו מנוגדת לשימוש במתאם מרכזי הקיים בטופולוגיות מובילות. כאשר מדובר ברשת, המכשירים המשתתפים יכולים לשדר תעבורה אחד לשני ולעבור לצמתים נוספים אחדים במורד הזרם. התעבורה יכולה לדלג ללא מעצורים מצומת אחד לשני.
מנקודת ראות המפרט, Wi-SUN תומכת בעד 24 דילוגים לכל מתקן רשת. הצמתים בוחרים ככלל את הנתיב הקצר ביותר לתעבורה במעלה הזרם בחזרה לנקודת המוצא או לנתב הגבול. הנתב, או נקודת המוצא משדרים בסופו של דבר את התעבורה למערכת הקצה באמצעות סיב אופטי, Wi-Fi או טכנולוגיות סלולאריות. גישה זו מקבלת חשיבות במציאות עירונית בעלת סביבות RF (תדרי רדיו) פקוקות. התעבורה יכולה לנתב את עצמה לאחור כדי להבטיח זמינות אמינה, אפילו בתרחישים נטולי קו ראייה. לכן, זה מאפשר פריסת רשתות רשת Wi-SUN בקלות ובמהירות בזכות יכולתן לעצב את תצורתן.
תרשים 1: אילוסטרציה של יחידות שונות במרחב העיר החכמה.
אבטחת נתונים בערים חכמות
רשתות חכמות וערים חכמות תהיינה מעשיות רק עם אבטחה מקצה לקצה המגן על נתוני תשתיות קריטיים. Wi,-SUN תומך באבטחה ברמת תאגיד עם שילוב תשתית ציבורית מקומית ראשית (PKI). PKIמבצעת הצפנה ופענוח בעזרת שני מפתחות קריפטוגרפיים שונים. מפתח ציבורי ומפתח פרטי. PKIמספקת יכולות אישור ואימות ביטחון לכל מכשיר ומתקן ברשת. PKIמשולבת עם שורש חומרת ערבויות אמון שאינו מאפשר לשנות בזדון תכנות של מכשירים ומאשר שעדכוני הקושחה הנכנסים תקפים.
הקריטיות של ביטחון גוברת במכשירים שנמצאים בשימוש במשך שנים או עשרות שנים. מנגנוני הצפנה זמינים בשכבות השונות של הארכיטקטורה המבוססת על IP6. לדוגמה, אחדות ממוקמות על שכבה 2 (AES-128 על IEEE 803.15.4g או IEEE 1901.2), שכבה 3 (פרוטוקול IPSEC) ושכבה 4 (פרוטוקול שכבת ביטחון תעבורה). יכולה להיות הצפנה גם על שכבת היישום, בתלות ביעד השימוש המסוים. לדוגמה, יכולה להיות הצפנה ב- DLMS/COSEM לרשתות חכמות ו- uCIFI לערים חכמות. DLMS/COSEM (IEC 62056, EN13757-1) הוא תקן גלובאלי למדידה, בקרה וניהול אנרגיה חכמה. uCIFI הוא דגם נתונים מאוחד פתוח לכל מכשירי ומתקני העיר החכמה וליישום רשת uCIFI.
טכנולוגיית Wi-SUN תומכת בשלוש מתכונות מודולציה שכיחות בשימוש נרחב – FSK, MR-OQPSK ו- OFDM. רוב פריסות השירותים הציבוריים הנוכחיות עושות שימוש במפתחות לשינוי תדר – FSK. MR-OQPSK (מפתח מעבר ארבע פאזות מרובה אזורים מרובה שיעורים) תומך ביכולות עבודה בהספק נמוך ,חסינות לרעש ואילו OFDM (ריבוב חלוקת תדר מאונך) מנצל את מרבית את היעילות הספקטראלית על ידי שימוש בנשאי תדר משנה חופפים במרווח צפוף. OFDM כמו גם MR-OQPSK חיוניים לדור הבא של מונים וליישומי עיר חכמה.
היסטורית, מפתחים מאולצים לעיתים קרובות להשתמש בתקן אחד לכל מקרי השימוש ברשת. אך זמינות PHY רבים מאפשרת לנקוט גישה מעורבת להתאמה לרשתות עיר חכמה. בעזרת Wi-SUN, המפתחים יכולים למקד שיפורים ביישומים מפורטים תוך ביטול הצורך לבנות תשתית נוספת. יישומי עיר חכמה יכולים להשתמש באותה רשת Wi-SUN שתקבל שירות מנתב גבול אחד לחזרה לנקודת המוצא.
ראוי לציין גם, כי הכללת שכבת רשת IP – IPv6 של Wi-SUN היא פרוטוקול מבטיח לרשתות מורכבות ומחולקות והיא המאפשר הראשי ליישומי האינטרנט של הדברים. בנוסף להגדלת מרווח הפנייה הכולל, המוצר מבטל גם את הצורך במתרגם רשת או בשערים נוספים, ומפשט בכך את השילוב. בנוסף, היות ו- IP היא נקודת ההתכנסות של רשתות תעשייתיות, טכנולוגיה התומכת ילידית ברשתות IP הופכת להימור המבטיח לכל הפריסות בעתיד.
תרשים 2: דיאגרמה המציגה את היחידות הטיפוסיות חומרה
ותכנה בתקשורת WI SUN
הגרסה הבאה של מפרט Wi-SUN, FAN 1.1 צפויה להוסיף תמיכה ל PHY’s בעלי קיבולת גבוהה ומתוכננת למכשירים בעלי תפקוד מוגבל. מפרט זה ינהל גם מיתוג דינאמי בין PHYs, שיאפשר מגוון רחב של יישומי עיר חכמה חדשים.
Wi-SUN מגדירה את המפרט משכבה 1 עד שכבה 4. הטכנולוגיה הקיימת היא אגנוסטית ליישום המסתמך על שכבות יישום מפורשות למקרה השימוש כגון DLMS/COSEM לרשתות חכמות, uCIFI לערים חכמות וכולי.
מפרט Wi-SUN בא מ Alliance Wi-SUN אגוד המורכב מספקי תשתית האינטרנט של הדברים, שנוסד כדי לסייע בפריסת רשתות המבוססות על תקני IEEE 802.15.4(g)(e), 6LoWPAN. האגוד מסייע גם לספקי מוצר, ספקי סיליקון, ערים, שירותים ציבוריים, מוסדות ממשלה ומשתף פעולה עם האקדמיה. עם יותר מ- 300 חברים המייצגים מעל 40 מדינות, ברית Wi-SUN מניעה את תהליך המפרט והרישוי.
אגוד Wi-SUN מבטיח טכנולוגיות ברות קיימא המספקות אבטחה, אפשרות הרחבה, חסינות ,כושר התאוששות ותמיכה בין מוצרים שונים. טכנולוגיות אלה תמלאנה את הדרישות העתידיות לפס רחב מאוד, זמן השהייה קצר ורשתות חשמל יעילות. Wi-SUNמוכנה למלא את דרישות אתגרים אלה ולבנות את הערים החכמות של העתיד.
