شبکه های حسگر اینترنت اشیا (IoT) ثابت کرده اند که بازی اتوماسیون صنعتی را تغییر می دهند.انرژی های تجدید پذیر و سیستم های روشنایی هوشمند با بهبود بهره وری با داده های زمان واقعی و کاهش زمان توقف از طریق تعمیر و نگهداری پیش بینی شدهبا این حال، به عنوان سیستم های مجهز به بیشتر و بیشتر گره های سنسور بی سیم،طراحان با چالش گسترش قابل اطمینان این شبکه های اینترنت صنعتی چیزها (IIoT) در محیط های سخت و در عین حال به حداقل رساندن هزینه های پیاده سازی و عملیاتی مواجه خواهند شد، مقابله با ازدحام شبکه و تضمین امنیت.
این مقاله یک مرور کلی از مشکلات مختلف روبرو با طراحان در گسترش شبکه های IIoT ارائه می دهد.سپس ماژول بلووتوث کم مصرف (BLE) و کیت توسعه Digi معرفی می شود تا نشان دهد چگونه این محصولات می توانند به سرعت و به طور موثر مشکلات فوق را حل کنند.
چالش های گسترش زیرساخت های اینترنت اشیا بی سیم
IIoT طیف گسترده ای از برنامه ها را پوشش می دهد که در آن جمع آوری داده ها برای بهبود کارایی و پیش بینی ضروری است.سنسورهای بی سیم داده های نور محیط و میزان اشغال را جمع آوری می کنند.، و استفاده را در زمان واقعی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه های مرتبط تنظیم کنید.
به طور مشابه، برنامه های انرژی تجدید پذیر از یک شبکه حسگر IOT از راه دور برای نظارت بر منابع مختلف انرژی مانند انرژی خورشیدی و بادی استفاده می کنند.این شبکه ها وضعیت و عملکرد سیستم را نظارت می کنند.، پیش بینی نقص و تنظیم پویا عرضه شبکه.
مانند سایر زمینه هایی که از فناوری اتوماسیون صنعتی استفاده می شود، جمع آوری داده ها از قطعات متحرک برای انجام تعمیرات پیش بینی کلیدی است.صدها سنسور بی سیم در سراسر سیستم صنعتی نصب شده اند، ارائه اطلاعات دقیق داده برای بهینه سازی فرآیندهای، کاهش تعمیر و نگهداری و کاهش هزینه های عملیاتی.ممکن است مشکلاتی وجود داشته باشد که عملکرد را تحت تاثیر قرار دهد، مثل
اختلال: محیط های صنعتی اغلب تحت تأثیر سطح بالایی از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) تولید شده توسط موتورها، منابع برق حالت سوئیچ و تجهیزات جوش قوس هستند.این EMI باعث کاهش متناوب در سرعت انتقال داده می شود، که می تواند به طور جدی بر انتقال موثر داده ها تأثیر بگذارد.
بیش از حد شبکه: استفاده از چندین دستگاه بی سیم در نزدیکی می تواند باعث اشباع شبکه شود، که منجر به تاخیر بیشتر و قطع اتصال می شود.که می تواند تشخیص در زمان واقعی را مختل کند و مصرف برق را افزایش دهد.- g.
امنیت: حملات هکرها یک خطر برای زیرساخت های حیاتی مانند انرژی یا تدارکات است، بنابراین شبکه های سنسور باید امنیت قوی داشته باشند.تعداد آسیب پذیری ها افزایش می یابد.
یک چالش دیگر ادغام حسگرهای بی سیم با پروتکل های استاندارد صنعتی است. این ادغام ممکن است شامل فرمت مجدد و فشرده سازی داده ها برای کاهش ترافیک شبکه باشد.این فرآیندها باید روی دستگاه انجام شوند.، و هزینه ها و مصرف برق به سرعت با افزایش تعداد سنسورها و پروتکل ها افزایش می یابد.افزایش تعداد سنسورها در این زمینه منجر به نگهداری پیچیده تر شده است زیرا حفظ سنسورها غیر قابل پیش بینی است.، چه به خاطر خرابی باشد و چه فقط به خاطر تعویض باتری.
تکنولوژی بلوتوث در مقیاس بزرگ IIoT
در میان بسیاری از پروتکل های بی سیم IIoT، بلوتوث یک راه حل قدرتمند برای حل طیف وسیعی از مشکلات در حال گسترش شبکه سنسور است. به عنوان مثال با استفاده از پرش فرکانس سازگاری (AFH) ،تکنولوژی بلوتوث ایمنی بدن را بهبود می بخشدAFH داده ها را به بسته های کوچک تقسیم می کند و آن را در فرکانس های متعدد منتقل می کند و سپس آن را در انتهای گیرنده ترکیب می کند.هر بسته از دست رفته پس از ارسال گزارش از دست دادن برای اطمینان از قابلیت اطمینان ارتباطات و جلوگیری از از دست دادن اطلاعات طولانی به دلیل تداخل الکترومغناطیسی ارسال می شود.
برای جلوگیری از شلوغ شدن شبکه، تکنولوژی بلوتوث از کنترل قدرت انتقال نسبت به گیرنده پس از ایجاد اتصال پشتیبانی می کند.به صرفه جویی در انرژی کمک می کند در حالی که EMI را به حداقل می رساند، که اجازه می دهد صدها دستگاه بی سیم در یک فضا کار کنند.تکنولوژی بلوتوث با استفاده از رمزگذاری قدرتمند و پروتکل های تأیید انعطاف پذیر آسیب پذیری های امنیتی را کاهش می دهد.
در پیاده سازی IIoT، شبکه سنسور بلوتوث در مقیاس بزرگ عمدتا از طریق دروازه های طراحی شده برای جفت شدن با دستگاه های متعدد ارتباط برقرار می کند. با ساخت گره های سنسور در اطراف بلوتوث،توسعه دهندگان می توانند با تلفن های هوشمند و تبلت ها هماهنگی کامل داشته باشند.، در نتیجه ساده سازی راه اندازی و تشخیص و بهبود بهره وری نگهداری.
با این حال، برای اینکه شبکه های بی سیم به IIoT سازگار شوند، شبکه های سنسور بلوتوث نیز باید به طور قابل اعتماد به شرایط سخت استفاده، کاهش مصرف برق، افزایش هزینه،و حفظ و نگهداری را ساده کنید.
ساخت شبکه های IIoT با ماژول های BLE صنعتی
با استفاده از ماژول XBee 3 BLU BLE 5.4 و کیت توسعه Digi، طراحان می توانند به سرعت و به طور مستقیم شبکه های IIoT بی سیم را مستقر کنند.ماژول دارای محدوده دمای صنعتی از - 40 ° C تا + 85 ° C است و از حالت های عملیاتی بیکار و بیکار برای پاسخگویی به نیازهای قابلیت اطمینان و مصرف برق استفاده می کندمصرف فعلی دستگاه XBee 3 BLU به ترتیب 7.5 mA (mA) و 8 میکرو آمپر (μ A) است که می تواند از نصب طولانی مدت سنسورهای از راه دور در مکان های دشوار پشتیبانی کند.بنابراین اطلاعات ارزشمندی می تواند بدون تعویض دوره ای باتری به دست آید.
ویژگی های دیگر عبارتند از:
حداکثر سرعت انتقال داده 2 مگابیت در ثانیه (Mb / s) است که اطلاعات دقیق در مورد عملکرد ماشین آلات پیچیده را فراهم می کند
حداکثر قدرت انتقال +8 dB میلی وات (dBm) است که می تواند ارتباطات با دقت بالا را در محدوده دید مستقیم 15 متر (m) در داخل یا 300 متر در فضای باز تحقق بخشد
ورودی I/O دیجیتال و 4 ورودی ADC 10 بیتی برای ادغام انعطاف پذیر با رابط های مختلف دستگاه و سنسور
منبع برق V تا 3.8 V، انتخاب انعطاف پذیر قدرت
امنیت Digi TrustFence برای محافظت از دستگاه و شبکه، از جمله بوت امن، پورت های سخت افزاری محافظت شده و تأیید دستگاه
پیشرفته ترین قابلیت برنامه نویسی برای توسعه سریع سیستم های پردازش داده ها و تصمیم گیری در دستگاه
به طور کامل در آمریکای شمالی (FCC، IC) و اروپا (ETSI) تنظیم شده است