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[導讀] 工業(yè)4.0時代來臨,無線通信與定位技術成為智能制造體系發(fā)展關鍵,業(yè)者紛紛將Wi-Fi與藍牙技術導入產品,提升裝置實時通訊效能與定位精準度,以更強大的智能功能實現(xiàn)對IIoT的愿景。 工業(yè)4

工業(yè)4.0時代來臨,無線通信與定位技術成為智能制造體系發(fā)展關鍵,業(yè)者紛紛將Wi-Fi藍牙技術導入產品,提升裝置實時通訊效能與定位精準度,以更強大的智能功能實現(xiàn)對IIoT的愿景。

工業(yè)4.0正為傳統(tǒng)產業(yè)帶來革命性的變革,透過實時通訊與近端運算技術的導入,將為整體供應鏈帶來質變,以更大的靈活性與智能功能,實現(xiàn)生產線與商品制造的創(chuàng)新。

在工業(yè)物聯(lián)網(Industrial Internet of Things, IIoT)架構中,最核心的要務是布建一個網絡,在此網絡中的每臺裝置都具備獨一無二的可辨識身分,讓它們所產生與使用的信息串流到高度協(xié)作且分散的運算環(huán)境中。透過實時的數據流,操作人員與制造商可運用前所未有且更為精細的方法來控制資產、流程與供應鏈,進而優(yōu)化整個生產系統(tǒng)。

來自各個傳感器裝置的數據能在不同的位置進行整合,因此能為工業(yè)流程效率的提升帶來更具智慧的決策制定能力。工業(yè)物聯(lián)網在產業(yè)中的應用相當多元,如運用更正確的傳感器數據,控制室能更清楚掌握每臺機器的運作狀態(tài),亦能建置系統(tǒng)來監(jiān)控商品的輸送過程,以確保高效率的供需規(guī)劃;而針對風力渦輪機的運轉,傳感器數據可預示潛在問題,在故障前提早進行維護;在物流領域,車隊可實時回報位置與狀態(tài),并提供準確的貨品配送狀態(tài)。

工業(yè)物聯(lián)網的實現(xiàn)有賴于幾項關鍵技術,近端運算能力當然是必要的,但為了使運算功能發(fā)揮效用,系統(tǒng)必須能精確且實時地傳輸狀態(tài)、位置與運作數據,這也意謂著定位、時序與通訊將成為IIoT發(fā)展的三大要素。

工業(yè)物聯(lián)網無線通信技術要角

針對通訊技術,IIoT整合業(yè)者面臨極多的選項,特別是傳感器節(jié)點在100公尺以內的短距離應用。其中,Wi-Fi和藍牙無線技術是廣泛應用在工業(yè)與消費性裝置的兩項技術。

Wi-Fi一直是局域網絡(LAN)與高速數據傳輸的短距離應用重要技術,而目前市面上也有業(yè)者推出專用于工業(yè)市場的Wi-Fi模塊,如u-blox的NINA-W1系列模塊,而部份物聯(lián)網(IoT)網關模塊也有支持Wi-Fi與藍牙功能。

藍牙核心規(guī)格中有兩項主要技術,分別為適用于音訊與串流應用的藍牙基礎/強化數據傳輸率(BR/EDR)技術,以及能為電池供電傳感器提供間歇性數據傳輸的低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy, BLE)。市面上已有業(yè)者定工業(yè)應用,推出具備近距離無線通信(NFC)功能的BLE模塊。

至于更長距離的應用,則須用到蜂巢式技術這類的廣域網(Wide Area Network, WAN)。而LTE Cat-M1和窄頻物聯(lián)網(NB-IoT)等新蜂巢式標準的出現(xiàn),為IIoT整合業(yè)者提供更多樣選項。Cat-M1和NB-IoT這類能深入到建筑物內部的低功耗廣域網(LPWAN)技術,更是IIoT應用的理想選擇。

多樣化的IIoT定位技術

全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)等定位技術可為IIoT裝置提供位置信息,同時還能為數據到服務器(Data-to-server)應用提供正確的時間戳(Timestamp),GNSS可自動定位,對許多工業(yè)應用與固定位置的設備相當重要。透過小尺寸、低功耗模塊,幾乎不需要高科技知識或任何附加組件來手動編程,便可為裝置提供定位技術,當節(jié)點裝置失去蹤影或未經授權被移動,網關與服務器都能立即發(fā)現(xiàn)問題。

然而,當衛(wèi)星發(fā)出的RF訊號微弱時容易受到干擾,且無法穿透墻面或貨柜,因此也發(fā)展出許多GNSS輔助技術,如CellLocate即采混合式定位,利用來自蜂巢式基地臺的訊號來確認位置。

在工廠或倉庫內部的藍牙與Wi-Fi通訊也有助于提升定位準確度,在通訊模塊處理器上執(zhí)行的軟件能分析藍牙訊號的到達角(AoA)與出發(fā)角(AoD),有助于確定相對于其他節(jié)點或信標的位置。而利用Wi-Fi訊號,也能進行時差測距(TIme of Flight)分析與網絡的訊號紋定位算法(FingerprinTIng),來精準定位。

另一種定位技術為慣性導航(DR),是利用多個傳感器輸入并將其與GNSS訊號數據結合,可在都會區(qū)、隧道或停車場等衛(wèi)星訊號微弱的區(qū)域,提供另一種方法來確認道路車輛的位置。具備無聯(lián)機慣性導航(Untethered Dead Reckoning)技術的模塊,不需要鏈接到汽車,僅利用慣性傳感器來處理運動數據,就能提供車輛的方位信息。

邁入工業(yè)4.0時代,業(yè)者必須了解時序、位置與通訊的重要性,將相關技術充分運用至模塊產品中,針對各種不同的應用情境與需求采用最適切的技術,協(xié)力推動IIoT的發(fā)展。

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