Τα δίκτυα αισθητήρων του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) έχουν αποδειχθεί ότι αλλάζουν το παιχνίδι του βιομηχανικού αυτοματισμού,Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και έξυπνα συστήματα φωτισμού με τη βελτίωση της αποδοτικότητας με δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και τη μείωση του χρόνου στάσης λειτουργίας μέσω προγνωστικής συντήρησηςΩστόσο, καθώς τα συστήματα είναι εξοπλισμένα με όλο και περισσότερους ασύρματους αισθητήρες κόμβους,Οι σχεδιαστές θα αντιμετωπίσουν την πρόκληση της αξιόπιστης επέκτασης αυτών των δικτύων του Βιομηχανικού Διαδικτύου των Πραγμάτων (IIoT) σε σκληρά περιβάλλοντα, με την ελαχιστοποίηση του κόστους εφαρμογής και λειτουργίας, αντιμετώπιση της συμφόρησης του δικτύου και διασφάλιση της ασφάλειας.
Το παρόν έγγραφο παρέχει μια επισκόπηση των διαφόρων προβλημάτων που αντιμετωπίζουν οι σχεδιαστές κατά την επέκταση των δικτύων IIoT.Το μοντέλο Bluetooth χαμηλής ισχύος (BLE) και το κιτ ανάπτυξης της Digi παρουσιάζονται στη συνέχεια για να δείξουν πώς αυτά τα προϊόντα μπορούν να λύσουν γρήγορα και αποτελεσματικά τα προαναφερόμενα προβλήματα.
Προκλήσεις στην επέκταση της ασύρματης υποδομής IoT
Το IIoT καλύπτει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπου η απόκτηση δεδομένων είναι απαραίτητη για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της προβλεψιμότητας.ασύρματοι αισθητήρες συλλέγουν δεδομένα για το φωτισμό του περιβάλλοντος και το ποσοστό κατοικίας, και προσαρμόζει τη χρήση σε πραγματικό χρόνο για να εξοικονομήσει την κατανάλωση ενέργειας και τα συναφή έξοδα.
Ομοίως, οι εφαρμογές ανανεώσιμης ενέργειας χρησιμοποιούν ένα απομακρυσμένο δίκτυο αισθητήρων IoT για την παρακολούθηση διαφόρων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.Αυτά τα δίκτυα παρακολουθούν την κατάσταση και την απόδοση του συστήματος, να προβλέπει σφάλματα και να ρυθμίζει δυναμικά την τροφοδοσία του δικτύου.
Όπως και σε άλλους τομείς όπου χρησιμοποιείται τεχνολογία βιομηχανικού αυτοματισμού, η συλλογή δεδομένων από κινούμενα μέρη είναι το κλειδί για την εκτέλεση προβλεπτικής συντήρησης.Εκατοντάδες ασύρματοι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι σε όλο το βιομηχανικό σύστημα, παρέχοντας λεπτομερείς πληροφορίες δεδομένων για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών, τη μείωση της συντήρησης και τη μείωση των λειτουργικών δαπανών.μπορεί να υπάρχουν προβλήματα που επηρεάζουν την απόδοση, όπως
Διαταραχές: Τα βιομηχανικά περιβάλλοντα συχνά επηρεάζονται από υψηλά επίπεδα ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMI) που παράγονται από κινητήρες, τροφοδοσίες ηλεκτρικής ενέργειας με διακόπτη λειτουργίας και εξοπλισμό συγκόλλησης τόξου.Αυτό το EMI προκαλεί μια διαλείπουσα μείωση του ρυθμού μετάδοσης δεδομένων, η οποία μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την αποτελεσματική διαβίβαση δεδομένων.
Υπερπληθυσμός του δικτύου: Η λειτουργία πολλαπλών ασύρματων συσκευών σε κοντινή απόσταση μπορεί να προκαλέσει κορεσμό του δικτύου, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη καθυστέρηση και διακοπές σύνδεσης,που μπορεί να παρεμποδίσει την ανίχνευση σε πραγματικό χρόνο και να αυξήσει την κατανάλωση ενέργειας- Γ.
Ασφάλεια: οι επιθέσεις χάκερ αποτελούν κίνδυνο για τις κρίσιμες υποδομές, όπως η ενέργεια ή η εφοδιαστική, οπότε τα δίκτυα αισθητήρων πρέπει να έχουν ισχυρή ασφάλεια.αυξάνεται ο αριθμός των ευπάθειων.
Μια άλλη πρόκληση είναι η ενσωμάτωση των ασύρματων αισθητήρων με τα τυποποιημένα βιομηχανικά πρωτόκολλα.οι διαδικασίες αυτές πρέπει να εκτελούνται στην συσκευή, και το κόστος και η κατανάλωση ενέργειας αυξάνονται ραγδαία καθώς αυξάνεται ο αριθμός των αισθητήρων και των πρωτοκόλλων.Ο αυξανόμενος αριθμός αισθητήρων στον τομέα έχει οδηγήσει σε όλο και πιο περίπλοκη συντήρηση λόγω της απρόβλεπτης συντήρησης των αισθητήρων, είτε πρόκειται για βλάβη ή απλώς για αντικατάσταση μπαταρίας.
Τεχνολογία Bluetooth σε μεγάλη κλίμακα IIoT
Μεταξύ των πολλών ασύρματων πρωτοκόλλων IIoT, το Bluetooth είναι μια ισχυρή λύση για την επίλυση μιας σειράς προβλημάτων καθώς το δίκτυο αισθητήρων επεκτείνεται.Η τεχνολογία Bluetooth βελτιώνει την ανοσίαΤο AFH διαιρεί τα δεδομένα σε μικρά πακέτα και τα μεταδίδει σε πολλαπλές συχνότητες και στη συνέχεια τα επανασυνδυάζει στο λήπτη.Οποιαδήποτε χαμένα πακέτα μεταδίδονται εκ νέου μετά την αποστολή αναφοράς απώλειας για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία της επικοινωνίας και να αποφευχθεί η απώλεια μεγάλων πληροφοριών λόγω ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών..
Για να αποφευχθεί η υπερπλήρωση του δικτύου, η τεχνολογία Bluetooth υποστηρίζει τον έλεγχο της ισχύος μετάδοσης σε σχέση με τον δέκτη μετά τη δημιουργία της σύνδεσης.συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας με ελαχιστοποίηση του ΕΜΙ, επιτρέποντας εκατοντάδες ασύρματες συσκευές να λειτουργούν στον ίδιο χώρο.Η τεχνολογία Bluetooth μειώνει τις ευπάθειες ασφαλείας χρησιμοποιώντας ισχυρή κρυπτογράφηση και ανθεκτικά πρωτόκολλα επαλήθευσης.
Στις αναπτύξεις του IIoT, το ευρείας κλίμακας δίκτυο αισθητήρων Bluetooth επικοινωνεί κυρίως μέσω πύλη που έχουν σχεδιαστεί για να συνδυάζονται με πολλές συσκευές.Οι προγραμματιστές μπορούν να συνειδητοποιήσουν την απρόσκοπτη διαλειτουργικότητα με τα smartphones και τα tablets, με αποτέλεσμα να απλουστεύεται η εγκατάσταση και η διάγνωση και να βελτιώνεται η αποτελεσματικότητα της συντήρησης.
Ωστόσο, προκειμένου τα ασύρματα δίκτυα να προσαρμοστούν στο IIoT, τα δίκτυα αισθητήρων Bluetooth πρέπει επίσης να προσαρμόζονται αξιόπιστα σε δύσκολες συνθήκες ανάπτυξης, να μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας, να αυξάνουν την οικονομική αποτελεσματικότητα,και να απλοποιήσει τη συντήρηση.
Κατασκευή δικτύων IIoT με ενότητες BLE βιομηχανικής ποιότητας
Χρησιμοποιώντας το μοντέλο XBee 3 BLU BLE 5.4 της Digi και το κιτ ανάπτυξης, οι σχεδιαστές μπορούν να αναπτύξουν γρήγορα και άμεσα ασύρματα δίκτυα IIoT.Η μονάδα έχει βιομηχανικό εύρος θερμοκρασίας από - 40 ° C έως + 85 ° C και χρησιμοποιεί λειτουργίες αδρανούς και αδρανούς λειτουργίας για την κάλυψη των απαιτήσεων αξιοπιστίας και κατανάλωσης ενέργειαςΗ κατανάλωση ρεύματος της συσκευής XBee 3 BLU είναι 7,5 mA (mA) και 8 microampere (μA), αντίστοιχα, η οποία μπορεί να υποστηρίξει τη μακροχρόνια εγκατάσταση τηλεαισθητήρων σε δύσκολες τοποθεσίες,Έτσι πολύτιμες πληροφορίες μπορούν να ληφθούν χωρίς περιοδική αντικατάσταση μπαταρίας.
Άλλα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν:
Η μέγιστη ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων είναι 2 megabits ανά δευτερόλεπτο (Mb/s), η οποία παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία πολύπλοκων μηχανημάτων
Η μέγιστη ισχύς μετάδοσης είναι +8 dB milliwatts (dBm), η οποία μπορεί να πραγματοποιήσει επικοινωνία υψηλής ακρίβειας εντός της περιοχής άμεσης όρασης 15 μέτρων (m) εσωτερικά ή 300 μέτρα εξωτερικά
Ψηφιακές εισόδους I/O και 4 εισόδους 10bit ADC για ευέλικτη ενσωμάτωση με διαφορετικές διεπαφές συσκευών και αισθητήρων
Η παροχή ισχύος από V έως 3,8 V, ευέλικτη επιλογή ισχύος
Digi TrustFence Ασφάλεια για την προστασία συσκευών και δικτύων, συμπεριλαμβανομένης της ασφαλούς εκκίνησης, των προστατευμένων θύρων υλικού και της επαλήθευσης συσκευών
Τελευταία τεχνολογία μικροπρογραμματισμού για την ταχεία ανάπτυξη των συστημάτων επεξεργασίας δεδομένων και λήψης αποφάσεων στην συσκευή
Πλήρως ρυθμιζόμενη στη Βόρεια Αμερική (FCC, IC) και την Ευρώπη (ETSI)