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2018年5月30日 星期三

What is IIOT ?




來源:中国物联网

工業4.0時代來臨,無線通信與定位技術,成為智慧製造體系發展關鍵,業者紛紛將Wi-Fi與藍牙技術導入產品,提升裝置即時通訊效能與定位精準度,以更強大的智慧功能,實現對IIoT的願景。

工業4.0正為傳統產業帶來革命性的變革,透過即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慧功能,實現生產線與商品製造的創新。

通讯、定位、时序 相辅相成 工业物联网三要角就位
  
在工業物聯網(Industrial Internet of Things, IIoT)架構中,最核心的要務是布建一個網路,在此網路中的每台裝置,都具備獨一無二的可辨識身分,讓它們所產生與使用的資訊串流到高度協作,且分散的運算環境中。

透過即時的數據流,操作人員與製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,進而優化整個生產系統。

來自各個傳感器裝置的數據,能在不同的位置進行整合,因此能為工業流程效率的提升,帶來更具智慧的決策制定能力。

工業物聯網在產業中的應用相當多元,如運用更正確的傳感器數據,控制室能更清楚掌握每台機器的運作狀態,亦能建置系統來監控商品的輸送過程,以確保高效率的供需規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,車隊可即時回報位置與狀態,並提供準確的貨品配送狀態。

工業物聯網的實現有賴於幾項關鍵技術,近端運算能力當然是必要的,但為了使運算功能發揮效用,系統必須能精確且即時地傳輸狀態、位置與運作數據,這也意謂著定位、時序與通訊將成為IIoT發展的三大要素

工業物聯網無線通信技術要角
針對通訊技術,IIoT整合業者面臨極多的選項,特別是傳感器節點在100公尺以內的短距離應用。其中,WiFi和藍牙無線技術是廣泛應用在工業與消費性裝置的兩項技術。

Wi-Fi一直是局域網路(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者推出,專用於工業市場的WiFi模組,如u-blox的NINA-W1系列模組,而部份物聯網(IoT)網路閘道模組也有支持WiFi與藍牙功能。

藍牙核心規格中有兩項主要技術,分別為適用於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)。市面上已有業者鎖定工業應用,推出具備近距離無線通信(NFC)功能的BLE模組。

至於更長距離的應用,則須用到蜂巢式技術這類的廣域網(Wide Area Network, WAN)。而LTE Cat-M1和窄頻物聯網(NB-IoT)等新蜂巢式標準的出現,為IIoT整合業者提供更多樣選項。Cat-M1和NB-IoT這類能深入到建築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
全球導航衛星系統(GNSS)等定位技術,可為IIoT裝置提供位置資訊,同時還能為數據到伺服器(Data-to-server)應用,提供正確的時間戳(Timestamp),GNSS可自動定位,對許多工業應用與固定位置的設備相當重要。

透過小尺寸、低功耗模組,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,當節點裝置失去蹤影或未經授權被移動,網路閘道等相關管理設備與伺服器連動,都能立即發現問題。

然而,當衛星發出的RF訊號微弱時容易受到干擾,且無法穿透牆面或貨櫃,因此也發展出許多GNSS輔助技術,如Cell Locate即採混合式定位,利用來自蜂巢式基地台的訊號,來確認位置。

在工廠或倉庫內部的藍牙與WiFi通訊,也有助於提升定位準確度,在通訊模組處理器上,執行的軟體能分析藍牙訊號的到達角(AoA)與出發角(AoD),有助於確定相對於其他節點或信標的位置。而利用WiFi訊號,也能進行時差測距(Time of Flight)分析,與網路的訊號紋定位算法(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,並將其與GNSS訊號數據結合,可在都會區、隧道或停車場等衛星訊號微弱的區域,提供另一種方法,來確認道路車輛的位置。具備無聯機慣性導航(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資訊。

邁入工業4.0時代,業者必須瞭解時序、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採用最適切的技術,協力推動IIoT的發展。

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