工业 4.0 时代来临, 无线通信与定位技术成为智能制造体系发展关键, 业者纷纷将 Wi-Fi 与蓝牙技术导入产品, 提升装置实时通讯效能与定位精准度, 以更强大的智能功能实现对 IIoT 的愿景.
工业 4.0 正为传统产业带来革命性的变革, 透过实时通讯与近端运算技术的导入, 将为整体供应链带来质变, 以更大的灵活性与智能功能, 实现生产线与商品制造的创新.
在工业物联网 (Industrial Internet of Things, IIoT) 架构中, 最核心的要务是布建一个网络, 在此网络中的每台装置都具备独一无二的可辨识身分, 让它们所产生与使用的信息串流到高度协作且分散的运算环境中. 透过实时的数据流, 操作人员与制造商可运用前所未有且更为精细的方法来控制资产, 流程与供应链, 进而优化整个生产系统.
来自各个传感器装置的数据能在不同的位置进行整合, 因此能为工业流程效率的提升带来更具智慧的决策制定能力. 工业物联网在产业中的应用相当多元, 如运用更正确的传感器数据, 控制室能更清楚掌握每台机器的运作状态, 亦能建置系统来监控商品的输送过程, 以确保高效率的供需规划; 而针对风力涡轮机的运转, 传感器数据可预示潜在问题, 在故障前提早进行维护; 在物流领域, 车队可实时回报位置与状态, 并提供准确的货品配送状态.
工业物联网的实现有赖于几项关键技术, 近端运算能力当然是必要的, 但为了使运算功能发挥效用, 系统必须能精确且实时地传输状态, 位置与运作数据, 这也意谓着定位, 时序与通讯将成为 IIoT 发展的三大要素.
工业物联网无线通信技术要角
针对通讯技术, IIoT 整合业者面临极多的选项, 特别是传感器节点在 100 公尺以内的短距离应用. 其中, Wi-Fi 和蓝牙无线技术是广泛应用在工业与消费性装置的两项技术.
Wi-Fi 一直是局域网络 (LAN) 与高速数据传输的短距离应用重要技术, 而目前市面上也有业者推出专用于工业市场的 Wi-Fi 模块, 如 u-blox 的 NINA-W1 系列模块, 而部份物联网 (IoT) 网关模块也有支持 Wi-Fi 与蓝牙功能.
蓝牙核心规格中有两项主要技术, 分别为适用于音讯与串流应用的蓝牙基础 / 强化数据传输率 (BR/EDR) 技术, 以及能为电池供电传感器提供间歇性数据传输的低功耗蓝牙 (Bluetooth Low Energy, BLE). 市面上已有业者锁定工业应用, 推出具备近距离无线通信(NFC) 功能的 BLE 模块.
至于更长距离的应用, 则须用到蜂巢式技术这类的广域网 (Wide Area Network, WAN). 而 LTE Cat-M1 和窄频物联网(NB-IoT) 等新蜂巢式标准的出现, 为 IIoT 整合业者提供更多样选项. Cat-M1 和 NB-IoT 这类能深入到建筑物内部的低功耗广域网 (LPWAN) 技术, 更是 IIoT 应用的理想选择.
多样化的 IIoT 定位技术
全球导航卫星系统 (GNSS) 等定位技术可为 IIoT 装置提供位置信息, 同时还能为数据到服务器 (Data-to-server) 应用提供正确的时间戳(Timestamp),GNSS 可自动定位, 对许多工业应用与固定位置的设备相当重要. 透过小尺寸, 低功耗模块, 几乎不需要高科技知识或任何附加组件来手动编程, 便可为装置提供定位技术, 当节点装置失去踪影或未经授权被移动, 网关与服务器都能立即发现问题.
然而, 当卫星发出的 RF 讯号微弱时容易受到干扰, 且无法穿透墙面或货柜, 因此也发展出许多 GNSS 辅助技术, 如 CellLocate 即采混合式定位, 利用来自蜂巢式基地台的讯号来确认位置.
在工厂或仓库内部的蓝牙与 Wi-Fi 通讯也有助于提升定位准确度, 在通讯模块处理器上执行的软件能分析蓝牙讯号的到达角 (AoA) 与出发角 (AoD), 有助于确定相对于其他节点或信标的位置. 而利用 Wi-Fi 讯号, 也能进行时差测距(Time of Flight) 分析与网络的讯号纹定位算法(Fingerprinting), 来精准定位.
另一种定位技术为惯性导航 (DR), 是利用多个传感器输入并将其与 GNSS 讯号数据结合, 可在都会区, 隧道或停车场等卫星讯号微弱的区域, 提供另一种方法来确认道路车辆的位置. 具备无联机惯性导航(Untethered Dead Reckoning) 技术的模块, 不需要链接到汽车, 仅利用惯性传感器来处理运动数据, 就能提供车辆的方位信息.
迈入工业 4.0 时代, 业者必须了解时序, 位置与通讯的重要性, 将相关技术充分运用至模块产品中, 针对各种不同的应用情境与需求采用最适切的技术, 协力推动 IIoT 的发展.
来源: http://iot.51cto.com/art/201805/573922.htm