Prylarna som pratar

Internet började som en länk mellan ett fåtal stordatorer, men utvecklingen går mot ett alltmer finmaskigt nät av uppkopplade enheter. Med dagens adressystem på internet, IPv4, kan man inte riktigt koppla upp allt med en egen IP-adress, men med IPv6 ökar antalet adresser till det astronomiska talet 3,4*1038. När IPv6 slår igenom innebär det att varje pryl kan få en helt egen adress på internet och konfigurationskrävande teknik som NAT-routrar och proprietära kabelgränssnitt kan förpassas till historien.

Nätverksutrustning baserad på IPv6-standarden kan hantera allt från datorer och servrar till trådlösa sensorer i industrin, läsare i passersystem eller fjärrkontroller för hemelektroniken.

42 Mbit/sekund i dag

Mobilnäten blir allt viktigare för att koppla upp alla tänkbara typer av enheter till internet. Gateways mellan 3G och bluetooth eller wlan skapas med vanliga mobiltelefoner eller med 3G-routrar. Steget till att kombinera mobil internetuppkoppling med kommunikation över fler trådlösa standarder är inte långt. 3G-tekniken ger tillgång till högre datahastigheter än äldre mobilnät. Toppfarten i 2G-näten stannade på strax över 200 kbit/s medan hastigheterna för nedladdning i 3G-näten i dag, tack vare ny moduleringsteknik, kan pressas upp till 21 Mbit/sekund, och inom kort även till 42 Mbit/sekund.

På motsvarande sett har även uppladdningsprestandan förbättrats avsevärt sedan 3G-nätens introduktion. EUL (beteckningen HSUPA används av vissa tillverkare) möjliggör hastigheter upp till 11,5 Mbit/s, men den vanligaste EUL-prestandan i mobiler och modem är 2 Mbit/s. Redan den första 3G-prestandan öppnade möjligheter att använda näten för videosamtal och ett stort antal internetapplikationer. HSDPA och EUL ökar inte bara datahastigheten, utan reducerar även fördröjningarna och ger kortare ping-tider. Korta fördröjningar är viktiga för upplevelsen vid användning av webbapplikationer som byggs upp av ett stort antal bilder och element i html och ajax, men även för exempelvis VOIP eller tidskritisk datainsamling och fjärrstyrning.

4G nästa steg

Nästa steg i utvecklingen är tekniker som Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) och LTE (Long Term Evolution) – ofta kallade 4G. En av de viktigaste skillnaderna mot 3G-näten är att 4G, enligt de flesta definitioner, är helt IP- och paketdatabaserade nät. För att garantera kvaliteten använder 3G-mobiler kretskopplade förbindelser för röst- och videosamtal, men med 4G sker samtalen med IP-teknik och kvalitetsaspekten tillgodoses genom trafikprioritering (QoS).

4G ska också ge betydligt högre överföringshastigheter – tillräckligt höga för tjänster som strömmande HDTV och snabbare mobila bredband. Wimaxtekniken har sitt starkaste stöd bland tillverkare av datornätverksutrustning och har ett starkt fäste som alternativ till DSL och kabel-tv-nät för den sista sträckan mellan knutpunkter och kunder i bredbandsnät. Wimax har mycket gemensamt med wlan och kan användas på ett liknande sätt med licensfria frekvenser och uteffekter. Wimax kan även användas, genom operatörernas licenser, för vanliga mobiler och modem för mobilt bredband. På det området spås dock LTE-tekniken få större spridning trots att Wimax funnits på marknaden under längre tid – inte minst beroende på att LTE har ett större stöd bland mobiloperatörernas befintliga teknikleverantörer.

På väg mot 1 gigabit/sekund

Dagens Wimax- och LTE-nät uppnår hastigheter på upp till 100 Mbit/s, men genom att använda den effektivaste modulationstekniken kombinerad med basstationer och terminaler med Mimo-teknik (multiple-input and multiple-output) där flera sändare, mottagare och antenner samverkar kan hastigheterna i framtiden bli upp till 10 gånger högre, cirka 1 gigabit/sekund. Även för radiolänken mellan pryl och internetterminal växer nya standarder fram. Etablerade lösningar som bluetooth och wlan kompletteras med nya, strömsnåla tekniker som RFID, NFC, Zigbee och Dash7.

De olika teknikerna passar för olika ändamål. Wlan och bluetooth klarar höga datahastigheter, men har ett ganska krångligt uppkopplingsförfarande och är störningskänsliga. Zigbee är inte lika snabbt, men kan arbeta på flera olika frekvensband och har bättre räckvidd än bluetooth. Zigbee ser också ut att bli standarden för framtidens trådlösa fjärrkontroller och utgör grunden i projektet RF4CE (Radio Frequency for Consumer Electronics) som presenterades tidigare i år. Dash7 är en ännu mer robust teknik, men lämpar sig bara för applikationer som överför små datamängder – till exempel passersystem eller sensorer där samplingsfrekvensen inte är alltför hög. Dash7 härstammar från militär teknik, men finns tillgångligt som en standard (ISO 18000-7) för kommersiella användare. Dash7 använder lägre radiofrekvenser än andra tekniker och har mycket god räckvidd i förhållande till strömförbrukningen.

Bluetooth utvecklades som en ersättare till kablar och den infraröda kommunikatiosnstandarden Irda. Radiofrekvensen, 2,4 GHz, får användas globalt utan särskilda tillstånd. Bluetoothenheter finns i tre olika effektklasser. Vanligaste effektklassen är klass 2 som sänder med upp till 2,5 mW och når ca 10 meter. Klass 1 med 100 mW är jämförbar med wlan medan klass 3 är svagare med 1 mW.

Automatisk kryptering

Bluetoothstandarden är delad i två delar – kärna och profiler. Kärnan – ”Bluetooth Core” – bestämmer hur kommunikationen ska gå till och avgör t.ex. hur frekvenserna används och vilket som är den maximala hastigheten. Sedan den första versionen presenterades 1999 har det hunnit komma ut fyra viktiga uppdateringar som successivt förbättrat hastighet, säkerhet och tålighet mot störningar. Bluetooth 2.1, vanlig i nya produkter i dag, lanserades 2007 och innehåller fem viktiga nyheter i standarden.

”Automatic encryption change” gör att gör att enheterna kan växla krypteringsnycklar och på så sätt göra det svårare att avlyssna förbindelsen. ”Extended inquiry response” innebär att mer information utbyts när man söker efter bluetoothenheter. Det gör det enklare att se vilka enheter som finns i närheten och vilka funktioner de klarar. ”Sniff subrating” handlar om energiförbrukning är anpassad för enheter som sänder små datamängder, exempelvis tangentbord och andra HID-enheter. ”QoS” är beteckningen för trafikprioritering och bluetooth 2.1 innehåller nya funktioner som ska förbättra kvaliteten på trådlöst ljud och video. Slutligen har funktionen ”Simple pairing” tillkommit. Den ska kombinera ökad säkerhet med enkel anslutning, till exempel genom automatgenererade lösenord och sammankoppling via RFID-teknik (NFC).

Bluetooth 3.0, presenterad i april 2009, innehåller flera små förbättringar men också en intressant nyhet. Avsnittet Alternate MAC/PHY (AMP) gör det möjligt att skicka data enligt bluetoothprofilernas standard över andra länkar – till exempel wlan.

Bluetooth Low Energy för klockor

Trots energisparande funktioner är bluetooth onödigt energislukande för många applikationer. Nokia skalade bort funktioner och hastighet från bluetoothstandarden och presenterade Wibree, som en fristående teknisk standard, i oktober 2006. Wibree kritiserades eftersom den, vid lanseringen, inte vare sig var en del av bluetooth eller tillförde några egentliga nyheter i förhållande till etablerade lågenergistandarder som ZigBee och Dash7.

I dag ingår Wibree i bluetoothstandarden under beteckningen Bluetooth Low Energi och är inriktad på produkter som HID-enheter och armbandsur med meddelandeavisering. För att koppla upp prylar där det inte finns utrymme för någon strömförsörjning alls används RFID. Magnetremsor och streckkoder står högst upp på listan över teknik som, för många tillämpningar, kan ersättas med RFID. Förkortningen, som utläses Radio Frequency Identification, är samlingsnamnet för ett stort antal olika lösningar som skiljer sig åt på alla tänkbara områden från strömförsörjning till frekvens och protokoll för informationsutbyte. Den första användningen som på allvar börjar likna dagens automatiserade RFID-lösningar kom till under andra världskriget när brittiska radarkonstruktörer utvecklade en metod för att skilja den egna krigsmaktens flygplan från fiendens över stora avstånd. Flygplanen utrustades med en radartransponder som, om den fångade upp en vänligt sinnad radarsignal, svarade med en radiosignal som radarstationen kunde använda för att identifiera flygplanet. En lösning som på många sätt liknar dagens passersystem med RFID-teknik.

Laddas av magnetfältet

Motsvarigheten till magnetkortet eller streckkoden i ett RFID-system kallas för tagg och det finns två olika huvudtyper – aktiva respektive passiva taggar. En aktiv tagg har ett inbyggt batteri och kan avläsas över stora avstånd, till exempel i biltullar, medan de passiva taggarna laddas trådlöst av ett magnetfält som läsaren sänder ut. Typisk räckvidd för passiva taggar är någon decimeter medan aktiva taggar kan sända ut sin signal många meter. En RFID-tagg består av en radioantenn och en integrerad krets med all elektronik som krävs för att lagra och utbyta den information som taggen innehåller.

Det finns ett stort antal olika RFID-kretsar på marknaden där de enklaste endast utgör ett unikt serienummer – ofta 64 bitar långt – som bränns in vid tillverkningen och därefter endast kan läsas. Mer avancerade kretsar kan ersätta, inte bara magnetkort och streckkoder, utan också smarta kort, och erbjuder dubbelriktad kommunikation med kryptering och ett skrivbart minne. RFID-tekniken är robust jämfört med magnetkort och streckkoder som är känsliga för såväl fysiskt slitage och smuts som för, i magnetkortens fall, påverkan från olika typer av magnetfält som i värsta fall kan radera kortets information. Passiva RFID-taggar kan göras mycket små och kapslas in i material som passar för användningsområdet.

Från självhäftande plast- eller pappersetiketter för märkning av pass och id-kort, varor eller biblioteksböcker till ABS- eller epoxiingjutna taggar som tål mer krävande miljöer – till exempel identifiering av kärl vid debitering av sophämtning eller för slitstarka nyckelbrickor i passersystem. Det är även vanligt att kapsla in RFID-taggar i ett sterilt glashölje, som ryms inuti en injektionsnål, för märkning av boskap, hästar eller sällskapsdjur.

Risk för taggstölder

Säkerhet och integritet diskuteras ofta i samband med RFID. En illasinnad person kan med lätthet, och mycket diskret, läsa av många typer av RFID-taggar utan att ägaren ens behöver ta plånboken eller nyckelknippan ur fickan. Informationen kan sedan användas för att spåra ägarens rörelser eller skapa en kopia av RFID-taggen. De vanligaste kommersiella passersystemen använder enkla serienummertaggar som kan vara känsliga för denna typ av angrepp, men den kunskap och utrustning som krävs för att skapa en kopia av en RFID-tagg bedöms fortfarande utgöra en tillräckligt hög tröskel för att säkerheten ska anses acceptabel för trapphusentréer och liknande.

Krypterade taggar erbjuder en betydligt högre säkerhet eftersom en enstaka avläsning inte ger den information som krävs för att skapa en kopia av taggen. Att återskapa en krypteringsnyckel är oerhört mycket mer komplicerat än att skapa en kopia av ett enkelt serienummer. Krypteringen kan också arbeta i flera lager – till exempel att taggen bara svarar på anrop från godkända läsare – för att minska risken att en angripare lyckas samla på sig tillräckligt mycket information för att kunna knäcka krypteringsnyckeln.

Det finns flera olika radiofrekvenser och protokoll för RFID, men NFC (Near Field Communication) är ett försök att skapa en komplett standard för RFID-tillämpningar. NFC är inriktat på att kombinera RFID med mobiltelefoner och jämfört med bluetooth har NFC kortare räckvidd och lägre överföringshastighet, men uppkopplingen mellan två enheter kan ske på bråkdelen av en sekund och strömförbrukningen är avsevärt lägre. Kompatibiliteten med enkla, passiva RFID-taggar öppnar också för nya applikationer – till exempel att man håller mobilen mot skylten vid en busshållplats och rätt tidtabeller öppnas automatiskt i mobilens webbläsare.

I ett NFC-system kan mobilen utgöra både tagg och läsare vilket gör systemet lämpligt för allt från att använda mobilen som nyckel och betalkort till att utbyta visitkort och skicka innehåll mellan mobiler. RFID-tekniken ansluts ofta till större system och till internet via någon form av terminalserver. Läsaren skickar data från avlästa taggar via seriella protokoll som RS232 eller RS485 till en microcontroller som sänder informationen vidare till en server över ett IP-baserat nätverk. Det finns även trådlösa läsare som kopplas upp med bluetooth.