ACRIOS a TA ČR: vývoj adaptivní IoT komunikace dle CRA

Klíčové poznatky

• ACRIOS realizuje od roku 2025 výzkumně-vývojový projekt s podporou Technologické agentury ČR. Partnerem projektu je Fakulta informatiky Masarykovy univerzity.
• Cílem projektu je vyvinout komunikační modul, který bude automaticky přepínat mezi LoRaWAN a NB-IoT podle síly a dostupnosti signálu, energetické náročnosti přenosu a vytíženosti sítě, a to bez navýšení výrobních nákladů.
• Mezi zamýšlené přínosy patří spolehlivější přenos dat, dlouhá výdrž baterie a nižší TCO, mimo jiné díky možnosti vyhnout se instalaci LoRaWAN bran tam, kde se nachází jen několik zařízení.
• Plánovaná architektura kombinuje silné stránky obou sítí: NB-IoT může připojit zařízení mimo dosah LoRaWAN bran, LoRaWAN zase nabízí alternativu tam, kde je pokrytí NB-IoT slabé.
• Kybernetická bezpečnost je součástí architektury od samého začátku a projekt zohledňuje požadavky Cyber Resilience Act v celém životním cyklu zařízení, od bezpečného vývoje přes správu zranitelností až po šifrovanou komunikaci a aktualizace na dálku.
• Analýza požadavků CRA a emulátor vestavěného systému jsou hotové. V roce 2026 vzniká metodika zabezpečení a souběžně běží simulace heterogenní sítě, která pokračuje do roku 2027. Následovat má komunikační modul v roce 2027 a v letech 2027 a 2028 chytré koncové zařízení připravené pro pilotní nasazení.

‍

ACRIOS Systems realizuje od roku 2025 výzkumně-vývojový projekt s podporou Technologické agentury ČR (TA ČR), jehož cílem je vyvinout komunikační modul s adaptivním přepínáním mezi LoRaWAN a NB-IoT a metodiku pro jejich kombinaci v jednom systému, a to bez navýšení výrobních nákladů. Výsledkem má být spolehlivější přenos naměřených dat v bateriovém provozu, nižší náklady na plánování i údržbu a bezpečnost, která převyšuje požadavky nařízení Cyber Resilience Act (CRA). Na projektu ACRIOS spolupracuje s Fakultou informatiky Masarykovy univerzity.

Background projektu

Vývoj staví na předchozích výzkumných a inovačních aktivitách ACRIOS, konkrétně na práci s LoRaWAN mesh a na vývoji převodníků pro smart metering. V obou oblastech ACRIOS dodává hardware i firmware z vlastního vývoje a má za sebou reálná nasazení v terénu. Současný projekt tyto základy rozšiřuje dvěma směry: o NB-IoT jako druhou komunikační cestu a o plnou shodu s Cyber Resilience Act (CRA).

Důvod je praktický. Evropské sítě měřidel jsou v drtivé většině heterogenní, pochází od různých výrobců, jsou rozdílných generací a komunikačních standardů nasbíraných během desítek let. Připojit takovou síť neznamená vyměnit měřidla, ale doplnit komunikační vrstvu nad nimi. Sem patří převodníky, které měřidla zapojí do dálkového odečtu, aniž by se sahalo na jejich metrologickou část. Kombinace dvou rádiových technologií v jednom modulu dělá přenos dat odolnějším.

Kam podobné řešení míří v praxi, ukazuje například nasazení sítě dálkových odečtů ve Vilniusu, kde ACRIOS dodal infrastrukturu pro sběr dat napříč různorodým parkem měřidel. Jde o jiný typ projektu než tento výzkum, ale princip je stejný: jedno řešení připojí různá měřidla bez jejich výměny. Projekt s TA ČR posouvá stejný princip dál, k modulu, který zvládne dvě sítě naráz a bezpečnost připravenou na nová evropská pravidla.

Rozsah projektu a jeho cíle

Vyvíjený komunikační modul automaticky přepíná mezi LoRaWAN a NB-IoT podle aktuálních podmínek, ve kterých pracuje, aby data z měřidel spolehlivě dorazila do nadřazeného systému. Mezi rozhodující faktory patří síla a dostupnost signálu, energetická náročnost přenosu dat a vytíženost sítě. Díky tomu modul nabídne:

• ‍Spolehlivé připojení k síti: když chybíLoRaWAN infrastruktura, modul použije NB-IoT. Kde je pokrytí NB-IoT slabé(sklepy, šachty, doly), nastupuje LoRaWAN. Při výpadku jedné sítě se modulpřipojí k druhé.‍

• Dlouhou výdrž nabaterii: dynamická volbatechnologie minimalizuje zbytečné vysílání a s tím spojenou spotřebu baterie.‍
• Nižší TCO: není potřeba pořizovat LoRaWAN brány tam, kde se nachází jen pár zařízení.‍
• Bezpečnost nad rámec: architektura, procesy a nástroje, které splňují bezpečnostní standardy pro ochranu dat v souladu sCyber Resilience Act (CRA).
• Škálovatelnost pro reálné projekty: využití jak v oblasti chytrého měření (smart metering), tak v průmyslovém IoT pro monitoringa řízení. A vše implementovatelné už do existujících projektů.

‍

Typický scénář vypadá takto: lokálně omezenou LoRaWAN infrastrukturu lze v jednotlivých částech propojit přes NB-IoT výstupy. Stejně tak zařízení, která leží mimo dosah LoRaWAN bran, jdou do sítě připojit pomocí NB-IoT. Tímto způsobem lze propojiti členité areály bez kompletní sítě LoRaWAN bran, což snižuje celkové náklady na provoz samotné sítě.

Bezpečnost podle CRA již v úrovni návrhu

Bezpečnost zde není pozdní doplněk, ale součást architektury od prvního návrhu. Cyber ResilienceAct zavádí požadavky na zabezpečení po celou dobu životního cyklu zařízení, od bezpečného vývoje přes správu zranitelností až po šifrovanou komunikaci a aktualizace na dálku. Dodatečné dobudování těchto vlastností bývá nákladné a komplikované, proto je projekt řeší přímo v návrhu. Pro provozovatele kritické infrastruktury v energetice je připravenost na nová pravidla stejně podstatná jako spolehlivost přenosu dat.

Harmonogram a milníky

Realizace začala v roce 2025. Řízení projektu, zaměřené na kontrolu milníků, rozpočtu a shody, běží průběžně, a souběžně proběhla analýza požadavků CRA, která nastavila bezpečnostní a procesní rámec. Na přelomu let 2025 a 2026 vznikl emulátor vestavěného systému jako bezpečnostní testbed pro rychlé iterace.

V roce 2026 nyní vzniká metodika zabezpečení s konkrétními postupy a vzory shody a souběžně běží analýza a simulace heterogenní sítě, která bude pokračovat do roku 2027 a stanoví modely chování i parametry přepínání. V roce 2027 přijde na řadu modul pro heterogenní komunikaci jako HW/SW stavebnice pro LoRaWAN a NB-IoT. Závěrečná fáze proběhne v letech 2027 a2028, kdy vznikne chytré koncové zařízení připravené pro pilotní nasazení.

Za projektem stojí

• ‍ACRIOS Systems: návrh architektury, vývoj firmwaru, integrace do reálných aplikací (smart metering, průmyslový IoT), vedení pilotů a převedení do praxe.‍
• Fakulta informatiky Masarykovy univerzity: FI MU přispívá výzkumným zázemím, laboratorními a měřicími kapacitami a podporou přinávrhu a ověřování elektronických subsystémů a bezpečnostních mechanismů.

‍

Projekt také naplňuje cíle Národní RIS3 strategie 2021 až 2027 (posílení podnikatelského sektoru, rozvoj dovedností pro chytrou specializaci, digitalizace podnikání) a přispívá k bezpečnosti a odolnosti kritické infrastruktury v energetice.

Co bude následovat

V průběhu projektu bude ACRIOS sdílet výsledky, ukázky i pozvánky do pilotů. Pro konkrétní use-case, ať už jde o dálkové odečty, monitoring spotřeby nebo řízení zátěže, je možné společně vybrat scénář a připravit plán integrace.

Poděkování patří TA ČR za podporu a Masarykově univerzitě za partnerskou spolupráci. ACRIOS se těší na společný výzkum, který přenese heterogenní komunikaci z laboratoře do praxe.

Slovníček užitých pojmů

• Aktualizace na dálku (OTA, over-the-air): aktualizace firmwaru nebo konfigurace, kterou zařízení přijme vzdáleně přes svou komunikační síť
• Brána (gateway): síťový prvek, který přijímá rádiové LoRa pakety z koncových zařízení a předává je síťovému serveru LoRaWAN
• CRA (Cyber Resilience Act): nařízení EU, které stanovuje požadavky na kybernetickou bezpečnost produktů s digitálními prvky a související povinnosti v průběhu jejich životního cyklu, včetně řešení zranitelností a bezpečnostních aktualizací
• Emulátor vestavěného systému: softwarové prostředí, které napodobuje chování vestavěného systému pro účely vývoje a testování
• Heterogenní síť: síť kombinující různé komunikační technologie, v tomto projektu LoRaWAN a NB-IoT
• LoRaWAN: protokol bezdrátové sítě s velkým dosahem a nízkou spotřebou, ve kterém zařízení posílají data přes brány na síťový server; síť může být veřejná i privátní
• Nadřazený systém (head-end system): systém, který přijímá a spravuje data z měřidel a zajišťuje komunikaci se zařízeními před předáním dat do dalších systémů
• NB-IoT (Narrowband IoT): celulární technologie s nízkou spotřebou, fungující v licencovaných sítích mobilních operátorů a vhodná pro zařízení, která přenášejí malé objemy dat
• Převodník: zařízení, které propojí stávající rozhraní měřidla s jiným komunikačním rozhraním nebo sítí, takže lze data z měřidla získávat bez jeho výměny
• Správa zranitelností: proces vyhledávání, vyhodnocování a odstraňování zranitelností produktu po celou dobu jeho životního cyklu
• TCO (Total Cost of Ownership): celkové náklady na řešení za dobu jeho životnosti, včetně pořízení, instalace, provozu a údržby