ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเครือข่ายเซ็นเซอร์ Internet of Things (IoT) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการใช้ข้อมูลแบบเรียลไทม์และลดการหยุดทำงานผ่านการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนแปลงกฎของเกมสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม พลังงานหมุนเวียน และระบบไฟส่องสว่างอัจฉริยะ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระบบมีการติดตั้งโหนดเซ็นเซอร์ไร้สายมากขึ้นเรื่อยๆ นักออกแบบจะเผชิญกับความท้าทายในการขยายเครือข่าย Industrial Internet of Things (IIoT) ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเหล่านี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ ขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนการดำเนินงานและการดำเนินงาน แก้ไขปัญหาความแออัดของเครือข่าย และรับประกันความปลอดภัย
บทความนี้สรุปปัญหาต่างๆ ที่นักออกแบบเผชิญเมื่อขยายเครือข่าย IIoT จากนั้นแนะนำโมดูล Bluetooth (BLE) พลังงานต่ำและชุดพัฒนาของ Digi และอธิบายวิธีแก้ไขปัญหาข้างต้นอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยใช้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้
ความท้าทายที่ต้องเผชิญในการขยายโครงสร้างพื้นฐาน IoT ไร้สาย
IIoT เกี่ยวข้องกับขอบเขตการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งการรวบรวมข้อมูลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความสามารถในการคาดการณ์ ตัวอย่างของการจัดแสงอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ไร้สายจะรวบรวมข้อมูลแสงโดยรอบและข้อมูลการเข้าใช้งาน ปรับการใช้งานแบบเรียลไทม์ และประหยัดพลังงานและค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้อง
ในทำนองเดียวกัน การประยุกต์ใช้พลังงานหมุนเวียนใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์ IoT ระยะไกลเพื่อตรวจสอบแหล่งพลังงานต่างๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ระบบตรวจสอบเครือข่ายเหล่านี้จะตรวจสอบสถานะและประสิทธิภาพ คาดการณ์ข้อผิดพลาด และปรับแหล่งจ่ายไฟกริดแบบไดนามิก
เช่นเดียวกับสาขาอื่นๆ ที่ใช้เทคโนโลยีระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม การรวบรวมข้อมูลจากชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเป็นกุญแจสำคัญในการดำเนินการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ การติดตั้งเซ็นเซอร์ไร้สายหลายร้อยตัวทั่วทั้งระบบอุตสาหกรรมสามารถให้ข้อมูลข้อมูลที่ละเอียดได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ลดงานบำรุงรักษา และลดต้นทุนการดำเนินงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดของเครือข่ายเซ็นเซอร์ขยายออก ปัญหาด้านประสิทธิภาพก็อาจเกิดขึ้นได้ เช่น
การรบกวน: โดยทั่วไปสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมจะได้รับผลกระทบจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าระดับสูง (EMI) ที่เกิดจากมอเตอร์ แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ และอุปกรณ์เชื่อมอาร์ก EMI นี้อาจทำให้อัตราการส่งข้อมูลลดลงเป็นระยะๆ ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อการส่งข้อมูลอย่างมีประสิทธิผล
ความแออัดของเครือข่าย: การใช้งานอุปกรณ์ไร้สายหลายตัวในระยะใกล้อาจทำให้เครือข่ายอิ่มตัว ส่งผลให้เกิดความล่าช้าและการหยุดชะงักในการเชื่อมต่อมากขึ้น ซึ่งอาจขัดขวางการตรวจจับแบบเรียลไทม์และเพิ่มการใช้พลังงาน
ความปลอดภัย: การโจมตีของแฮ็กเกอร์เป็นภัยคุกคามที่สำคัญต่อโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ เช่น พลังงานหรือโลจิสติกส์ ดังนั้นเครือข่ายเซ็นเซอร์จะต้องมีการรักษาความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อจำนวนอุปกรณ์ปลายทางเพิ่มขึ้น จำนวนช่องโหว่ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการรวมเซ็นเซอร์ไร้สายเข้ากับโปรโตคอลมาตรฐานทางอุตสาหกรรม การบูรณาการนี้อาจเกี่ยวข้องกับการฟอร์แมตข้อมูลและการบีบอัดข้อมูลเพื่อลดการรับส่งข้อมูลเครือข่าย อย่างไรก็ตาม กระบวนการเหล่านี้จำเป็นต้องดำเนินการบนอุปกรณ์ และเมื่อจำนวนเซ็นเซอร์และโปรโตคอลเพิ่มขึ้น ต้นทุนและการใช้พลังงานก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน นอกจากนี้ จำนวนเซ็นเซอร์ที่ไซต์งานยังเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้งานบำรุงรักษามีความซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาเซ็นเซอร์โดยไม่ต้องคาดการณ์ล่วงหน้า ไม่ว่าจะเป็นการทำงานผิดปกติหรือเพียงการเปลี่ยนแบตเตอรี่ก็ตาม
เทคโนโลยี Bluetooth โดดเด่นใน IIoT ขนาดใหญ่
ในบรรดาโปรโตคอลไร้สาย IIoT จำนวนมาก Bluetooth เป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพซึ่งสามารถจัดการปัญหาต่างๆ ได้เมื่อเครือข่ายเซ็นเซอร์ขยายตัว ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี Bluetooth สามารถปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวนโดยใช้การใช้ความถี่แบบปรับเปลี่ยนได้ (AFH) AFH จะแบ่งข้อมูลออกเป็นแพ็กเก็ตเล็กๆ และส่งผ่านหลายความถี่ จากนั้นจึงรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งที่ฝั่งรับ แพ็กเก็ตข้อมูลที่สูญหายจะถูกส่งอีกครั้งหลังจากส่งรายงานการสูญเสีย เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของการสื่อสาร และป้องกันการสูญเสียข้อมูลที่ยาวเนื่องจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
เพื่อหลีกเลี่ยงความแออัดของเครือข่ายมากเกินไป เทคโนโลยี Bluetooth รองรับการควบคุมกำลังส่งที่สัมพันธ์กับเครื่องรับหลังจากสร้างการเชื่อมต่อแล้ว วิธีการนี้เมื่อใช้ร่วมกับ AFH ช่วยประหยัดพลังงานในขณะที่ลด EMI ให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้อุปกรณ์ไร้สายหลายร้อยเครื่องทำงานในพื้นที่เดียวกันได้ นอกจากนี้ เทคโนโลยีบลูทูธยังช่วยลดช่องโหว่ด้านความปลอดภัยโดยใช้การเข้ารหัสที่มีประสิทธิภาพและโปรโตคอลการตรวจสอบแบบยืดหยุ่น
ในการปรับใช้ IIoT เครือข่ายเซ็นเซอร์ Bluetooth ขนาดใหญ่จะสื่อสารผ่านเกตเวย์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการจับคู่กับอุปกรณ์หลายเครื่อง ด้วยการสร้างโหนดเซ็นเซอร์รอบๆ บลูทูธ นักพัฒนาสามารถบรรลุการทำงานร่วมกันอย่างราบรื่นกับสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ทำให้การตั้งค่าและการวินิจฉัยง่ายขึ้น และปรับปรุงประสิทธิภาพการบำรุงรักษา
อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เครือข่ายไร้สายปรับเข้ากับ IIoT เครือข่ายเซ็นเซอร์ Bluetooth จะต้องปรับให้เข้ากับสภาวะการใช้งานที่รุนแรงได้อย่างน่าเชื่อถือ ลดการใช้พลังงาน ปรับปรุงความคุ้มทุน และลดความซับซ้อนในการบำรุงรักษา
การสร้างเครือข่าย IIoT โดยใช้โมดูล BLE เกรดอุตสาหกรรม
ด้วยการใช้โมดูล XBee 3 BLU BLE 5.4 และชุดพัฒนาของ Digi นักออกแบบจึงสามารถปรับใช้เครือข่าย IIoT ไร้สายได้อย่างรวดเร็วและโดยตรง โมดูลนี้มีช่วงอุณหภูมิระดับอุตสาหกรรมที่ -40 ° C ถึง +85 ° C และทำงานในโหมดไม่ได้ใช้งานและโหมดสลีป จึงตรงตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือและการใช้พลังงาน ปริมาณการใช้กระแสไฟของอุปกรณ์ XBee 3 BLU คือ 7.5 มิลลิแอมป์ (mA) และ 8 ไมโครแอมแปร์ (µ A) ตามลำดับ ซึ่งสามารถรองรับการติดตั้งเซ็นเซอร์ระยะไกลในระยะยาวในตำแหน่งที่เข้าถึงได้ยาก จึงสามารถรับข้อมูลอันมีค่าได้โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่เป็นประจำ
คุณสมบัติอื่น ๆ ได้แก่ :
อัตราการส่งข้อมูลสูงสุดคือ 2 เมกะบิตต่อวินาที (Mb/s) ซึ่งให้ความเข้าใจโดยละเอียดเกี่ยวกับการทำงานของเครื่องจักรที่ซับซ้อน
กำลังส่งสูงสุดคือ +8 เดซิเบลมิลลิวัตต์ (dBm) ซึ่งสามารถบรรลุการสื่อสารที่มีความเที่ยงตรงสูงภายในระยะการมองเห็นโดยตรงสูงสุดในอาคาร 15 เมตร หรือกลางแจ้งสูงสุด 300 เมตร
อินพุต I/O ดิจิตัล 13 ตัว และอินพุตตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) 10 บิต 4 ตัว บูรณาการอย่างยืดหยุ่นกับอุปกรณ์ต่างๆ และอินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์
แหล่งจ่ายไฟ 1.71 V ถึง 3.8 V การเลือกแหล่งจ่ายไฟที่ยืดหยุ่น
Digi TrustFence Security สำหรับการป้องกันอุปกรณ์และเครือข่าย รวมถึงการบูตอย่างปลอดภัย พอร์ตฮาร์ดแวร์ที่ได้รับการป้องกัน และการตรวจสอบสิทธิ์อุปกรณ์
ความสามารถในการตั้งโปรแกรม MicroPython ขั้นสูงช่วยให้สามารถพัฒนาระบบการประมวลผลข้อมูลและระบบการตัดสินใจบนอุปกรณ์ได้อย่างรวดเร็ว
ได้รับการรับรองด้านกฎระเบียบที่ครอบคลุมจากอเมริกาเหนือ (FCC, IC) และยุโรป (ETSI)