Chapter 1: Introduction to IoT (PDF)

Chapter 1 Chapter 1 Early 1980s at the Carnegie Melon University, a group of students created a way to get their campus Coca-Cola vending machine report its contents through a network. In 1990, John Romkey , developer of the first TCP/IP...

Chapter 1 Chapter 1 Early 1980s at the Carnegie Melon University, a group of students created a way to get their campus Coca-Cola vending machine report its contents through a network. In 1990, John Romkey , developer of the first TCP/IP stack for IBM PC in 1983, connected a toaster to the internet for the first time. In 1991, a group of students at the University of Cambridge used a web camera to report on coffee available in their computer labs coffee pot. At the beginning of the 21st Century, LG Electronics introduced the world’s first refrigerator connected to the internet The popularity of the term IoT did not accelerate until 2010/2011 and reached mass market in 2013-14 (WSN vs IOT) + M2M WSN: Resource constraint sensor nodes + wireless network to connect the nodes + gather some data by sensing the environment. IoT: WSN + Internet + App + Cloud computing + Data Analytics + etc. Machine-to-Machine (M2M): It is a concept where two or more than two machines communicate with each other without human interaction using a wired or wireless mechanism. Chapter 1 1  Chapter 2 chapter 2 IoT Community components: Frameworks core cloud user interface gateway Chapter 1 2  Architectures Analytics IoT Network Architecture Network and its application should never be built without careful planning Core Components of IoT Sensors : gather data and events. Actuators : moving and controlling. Microcontrollers : automatically controls sensors and actuators; makes them smart. Internet connectivity : sharing information and control command. Service Platform : manage the IoT devices and applications including data management, data analytics and all aspects of security. Sensors Chapter 1 3  Actuators Chapter 1 4  Communication Criteria ‫معايير الاتصال‬ Range Frequency Bands Power Consumption Topology Constrained Devices Constrained-Node Networks Benefits of Cloud Platform in IoT Chapter 1 5  – Network Scalability – Data Mobility – Time to market – Security – Cost-effectiveness Use of Cloud IoT generates vast amount of Big Data; this in turn puts a huge strain on Internet Infrastructure. Data Analytics in IoT The business value of IoT is not just in the ability to connect devices, but it comes from understanding the data these devices create. Challenges: Huge Volume Real-time data flow Unstructured data IoT analytics is the application of data analysis tools and procedures to realize value from the huge volumes of data generated by connected IoT devices Chapter 1 6  User Interface Important Characteristics: Sleek design Visually appealing Interactive UI Ease-of-use Handy Chapter 1 7  Important Key Advantages of IP: Open and standard-based Versatile Ubiquitous Scalable Manageable Highly secure Stable and resilient Chapter 1 8  Network Layer Structure: Transport Layer: TCP/UDP Network Layer: IPv6/IPv4 Data Link Layer: Including 802.14.4g, 802.15.4e Physical Layer: Wired/Wireless The image also shows that IPv6 packets require a minimum MTU/PDU size of 1280 bytes, and the maximum size of a MAC layer frame in IEEE 802.15.4 is 127 bytes, which creates a need for packet/frame size optimization due to constrained nodes and networks. Here's the ordered sequence of wireless network technologies from the image: 1. WPAN (Wireless Personal Area Networks) 2. IEEE 802.15.4 (Low-rate WPAN) ‫مهمات‬ 1. LoWPAN (Low-Power WPAN) 2. 6LoWPAN (IPv6 over WPAN) Chapter 1 9  The image shows two different application layer stacks - IoT Stack and Web Stack: IoT Stack Application Layer: Uses protocols like CoAP (Constrained Application Protocol), MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol), and AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) Uses Binary, JSON, and CBOR data formats Web Stack Application Layer: Uses protocols like HTTP, DHCP, DNS, and TLS/SSL Uses HTML, XML, and JSON data formats The key difference is that the IoT stack uses lightweight protocols optimized for constrained devices and networks, while the web stack uses traditional internet Chapter 1 10  ‫‪protocols designed for regular web applications.‬‬ ‫‪Chapter 3‬‬ ‫‪chapter 3‬‬ ‫‪:‬وتوضح ثالثة عناصر رئيسية ‪ (IoT)،‬الصورة تشرح مكونات "الأشياء" في إنترنت الأشياء‬ ‫‪ (Sensors):‬أجهزة الاستشعار ‪1.‬‬ ‫تقوم باستشعار وجمع البيانات من البيئة المحيطة‬ ‫‪ (Actuators):‬المشغالت ‪2.‬‬ ‫تقوم بتنفيذ الأوامر والتحكم في الأجهزة‬ ‫‪ (Smart Objects):‬الأشياء الذكية ‪3.‬‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪11‬‬  ‫‪:‬هي أي أجسام مادية تحتوي على‬ ‫تقنية مدمجة (مثل وحدة المتحكم الدقيق‪ ،‬والذاكرة‪ ،‬ومصدر الطاقة) ‬ ‫أجهزة استشعار و‪/‬أو مشغالت ‬ ‫القدرة على الاتصال والتفاعل مع البيئة المحيطة ‬ ‫إمكانية التواصل مع الأجهزة الأخرى أو مع العوامل الخارجية ‬ ‫‪:‬ذكي‪ ،‬يحتوي على ‪ LED‬الصورة تظهر مثالًا عملًي ا لشيء ذكي وهو مصباح‬ ‫غالف خارجي‬ ‫مستشعر للحركة‬ ‫‪ LED‬مشغالت‬ ‫وحدة تحكم دقيقة‬ ‫في إنترنت )‪ (Sensors‬هذه الصورة تشرح الطرق المختلفة لتصنيف وتجميع أجهزة الاستشعار‬ ‫‪:‬الأشياء‪.‬التصنيفات الرئيسية هي‬ ‫‪:‬حسب متطلبات الطاقة الخارجية‬ ‫)‪ (Active/Passive‬نشط ‪ /‬سلبي ‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪12‬‬  ‫‪:‬حسب موقع التركيب‬ ‫)‪ (Invasive/Non-invasive‬داخلي ‪ /‬غير داخلي ‬ ‫‪:‬حسب المسافة من الشيء المراد استشعاره‬ ‫)‪ (Contact/No-contact‬تالمسي ‪ /‬غير تالمسي ‬ ‫‪:‬حسب آلية الاستشعار‬ ‫كهروحراري ‪ /‬كهروميكانيكي ‪ /‬بيزو مقاوم ‪ /‬بصري ‪ /‬كهربائي ‪ /‬ميكانيكا الموائع ‪ /‬‬ ‫كهروضوئي وغيرها‬ ‫‪:‬حسب معيار الاستشعار‬ ‫الموقع ‪ /‬الإشغال ‪ /‬الحركة ‪ /‬السرعة ‪ /‬القوة ‪ /‬الضغط ‪ /‬التدفق ‪ /‬الرطوبة ‪ /‬الضوء ‪ /‬‬ ‫درجة الحرارة ‪ /‬الصوت ‪ /‬الإشعاع ‪ /‬الكيميائي ‪ /‬المستشعرات الحيوية وغيرها‬ ‫‪:‬حسب مجال التطبيق الصناعي‬ ‫طبي ‪ /‬تصنيع ‪ /‬زراعي وغيرها ‬ ‫‪:‬حسب مقياس القياس‬ ‫)‪ (Absolute/Relative‬مطلق ‪ /‬نسبي ‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪13‬‬  ‫نوع المستشعر‬ ‫الوصف‬ ‫أمثلة‬ ‫يقيس موضع الأجسام ‬ ‫مستشعر القرب ‬ ‫مستشعر الموضع‬ ‫يمكن أن يكون مطلق أو نسبي ‬ ‫مقياس الجهد ‬ ‫قد يكون خطي‪ ،‬زاوي‪ ،‬أو متعدد المحاور ‬ ‫مقياس الميل ‬ ‫يكشف وجود الأشخاص والحيوانات في ‬ ‫مستشعر الإشغال‬ ‫منطقة المراقبة‬ ‫مستشعر الرادار ‬ ‫يولد إشارة حتى مع ثبات الشخص ‬ ‫مستشعر الأشعة تحت الحمراء ‬ ‫مستشعر الحركة‬ ‫يكشف حركة الأشخاص والأجسام ‬ ‫)‪ (PIR‬السلبي‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪14‬‬  ‫‪:‬هذا جدول يوضح أنواع المستشعرات المختلفة ووصفها وأمثلة عليها‬ ‫نوع المستشعر‬ ‫الوصف‬ ‫أمثلة‬ ‫يقيس مستشعر السرعة مدى سرعة حركة الجسم ‬ ‫جيروسكوب ‬ ‫السرعة والتسارع‬ ‫يقيس مستشعر التسارع التغيرات في السرعة ‬ ‫مقياس التسارع ‬ ‫مستشعر اللمس ‬ ‫القوة‬ ‫يكشف عن وجود قوة فيزيائية مطبقة ومقدارها ‬ ‫مقياس اللزوجة ‬ ‫قياس القوة المطبقة بواسطة السوائل أو الغازات ‬ ‫البارومتر ‬ ‫الضغط‬ ‫يقاس كقوة لكل وحدة مساحة ‬ ‫مقياس الضغط ‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪15‬‬ Chapter 1 16  Chapter 4 chapter 4 Arduino is an open-source electronics platform based on easy-to-use hardware and software. It was born at Interaction Design Institute Ivrea, Italy 1. an easy tool for fast prototyping boards are incorporated 2. aimed at students without any background in electronics and with microcontrollers programming To execute a small program, to receive input, to apply action on real world Chapter 1 17  ‫انواع الاردوينو‬ ‫سهلة الاستخدام وسهلة لتشغيل اول مشروع ابداعي‬ ‫وظائفها كثيرة وسريعة بالأداء‬ ‫اي اشي فيه نانو بكون يسهل الاتصال بين اجهزة انترنت الاشياء‬ ‫مهمة لالتصال بين شبكات الانترنت واجهزة الاردوينو ‪Rev2 wifi‬‬ ‫مهم‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪18‬‬  ‫مهم اذا سألك عن اسم المايكرو بالصورة او طلب شو يعني اسمه وانت بتحددله اذا ‪ 32‬شو‪P‬‬ ‫معناتها وال‪ 8‬وال‬ ‫بالاردوينو يمكن يجيب صورة ويحكيلك شو هاد وعددهم‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪19‬‬  pins‫انواع ال‬ Power Pins Vin, 3.3V, 5V, GND, RESET ICSP pins: MISO, VCC, SCK, MOSI, RESET, GND Chapter 1 20  ‫هو بحكيلك انه في بعض المشاريع يجب الاتصال بالانترنت ومعطيك شو الاردوينو يلي بلبي‬ ‫الاحتياجات هاي‬ ‫‪Chapter 5 -Coding‬‬ ‫‪Chapter 1‬‬ ‫‪21‬‬  ‫بسأل عن الفنكشن بالكود والستيب والاضافات والتعديالت‬ Chapter 6 TX (transmission) RX (reception). Start Bit: The UART transmission line is normally held at a high voltage level when idle i.e. it is not transmitting data It start bit is set to logic low as it is used to signal the receiver that a new framing is coming. Data Frame: If one parity bit is used, then next 5-8 bits carry the “data bits” (information). Otherwise, data bits can be 5-9 bits. Certainly, the standard data size is 8-bit, but other sizes have their uses. Chapter 1 22  A 7-bit data chunk can be more efficient than 8, especially if you're just transferring 7-bit ASCII characters. URAT Advantages: 1. Well documented and widely used method. 2. Only uses two wires 3. No clock signal is necessary 4. Has a parity bit to allow for error checking 5. The structure of the data packet can be changed as long as both sides are set up for it. Disadvantages: 6. The size of the dataframe is limited to max 9 bits. 7. Doesn’t support multiple master-slave systems 8. The baud rate of each UART must be with 10% of each other. Today, UART is being used in many applications like  GPS Receivers,  Bluetooth Modules,  GSM and GPRS Modems,  Wireless Communication Systems,  RFID based applications The first of the serial data transmission standards was RS232, or more correctly RS-232 or Chapter 1 23  COM-port. This was developed in 1962. There are more recent standards which allow high speed data transmission along with multiple transmitters and receivers. e.g. USB, DP, HDMI, DDR, Ethernet, PCI Express, SAS/SATA, Thunderbolt, etc. Chapter 1 24