Jaringan sensor Internet of Things (IoT) telah terbukti dapat meningkatkan efisiensi dengan memanfaatkan data real-time dan mengurangi waktu henti melalui pemeliharaan prediktif, sehingga mengubah aturan permainan untuk otomasi industri, energi terbarukan, dan sistem pencahayaan cerdas. Namun, karena sistem ini dilengkapi dengan semakin banyak node sensor nirkabel, para perancang akan menghadapi tantangan bagaimana memperluas jaringan Industrial Internet of Things (IIoT) ini secara andal di lingkungan yang sulit, sekaligus meminimalkan biaya implementasi dan operasional, mengatasi masalah kemacetan jaringan, dan memastikan keamanan.
Artikel ini menguraikan berbagai masalah yang dihadapi desainer saat memperluas jaringan IIoT. Kemudian perkenalkan modul dan kit pengembangan Bluetooth berdaya rendah (BLE) Digi, dan jelaskan cara menyelesaikan masalah di atas dengan cepat dan efektif menggunakan produk ini.
Tantangan yang dihadapi dalam memperluas infrastruktur IoT nirkabel
IIoT melibatkan berbagai bidang aplikasi, di antaranya pengumpulan data sangat penting untuk meningkatkan efisiensi dan prediktabilitas. Mengambil pencahayaan cerdas sebagai contoh, sensor nirkabel mengumpulkan data cahaya sekitar dan hunian, menyesuaikan penggunaan secara real-time, serta menghemat konsumsi energi dan biaya terkait.
Demikian pula, aplikasi energi terbarukan memanfaatkan jaringan sensor IoT jarak jauh untuk memantau berbagai sumber energi seperti energi matahari dan angin. Sistem pemantauan jaringan ini memantau status dan kinerja, memprediksi kesalahan, dan menyesuaikan pasokan listrik jaringan secara dinamis.
Seperti bidang lain yang menggunakan teknologi otomasi industri, pengumpulan data dari komponen bergerak adalah kunci untuk menerapkan pemeliharaan prediktif. Memasang ratusan sensor nirkabel di seluruh sistem industri dapat memberikan informasi data yang terperinci, sehingga mengoptimalkan proses, mengurangi pekerjaan pemeliharaan, dan menurunkan biaya pengoperasian. Namun, seiring dengan berkembangnya skala jaringan sensor, masalah kinerja mungkin muncul, seperti
Interferensi: Lingkungan industri biasanya dipengaruhi oleh interferensi elektromagnetik tingkat tinggi (EMI) yang dihasilkan oleh motor, catu daya mode sakelar, dan peralatan las busur. EMI ini dapat menyebabkan penurunan kecepatan transmisi data secara intermiten, yang berdampak serius pada efektivitas transmisi data.
Kepadatan jaringan: Mengoperasikan beberapa perangkat nirkabel dalam jarak dekat dapat menyebabkan kejenuhan jaringan, mengakibatkan latensi lebih besar dan gangguan koneksi, yang dapat menghambat deteksi real-time dan meningkatkan konsumsi daya.
Keamanan: Serangan peretas merupakan ancaman besar terhadap infrastruktur penting seperti energi atau logistik, oleh karena itu jaringan sensor harus memiliki keamanan yang kuat. Namun, seiring bertambahnya jumlah titik akhir, jumlah kerentanan juga meningkat.
Tantangan lainnya adalah mengintegrasikan sensor nirkabel dengan protokol industri standar. Integrasi ini mungkin melibatkan pemformatan ulang dan kompresi data untuk mengurangi lalu lintas jaringan; Namun, proses ini perlu dilakukan pada perangkat, dan seiring dengan bertambahnya jumlah sensor dan protokol, biaya dan konsumsi daya juga akan meningkat pesat. Selain itu, jumlah sensor di lokasi terus bertambah, membuat pekerjaan pemeliharaan menjadi semakin rumit, karena diperlukan pemeliharaan sensor yang non-prediktif, baik karena kegagalan fungsi atau sekadar penggantian baterai.
Teknologi Bluetooth bersinar dalam IIoT skala besar
Di antara banyak protokol nirkabel IIoT, Bluetooth adalah solusi ampuh yang dapat mengatasi berbagai masalah seiring berkembangnya jaringan sensor. Misalnya saja dengan menggunakan adaptive frekuensi hopping (AFH), teknologi Bluetooth dapat meningkatkan kemampuan anti-interferensinya. AFH akan membagi data menjadi paket-paket kecil dan mengirimkannya melalui beberapa frekuensi, lalu menggabungkannya kembali di sisi penerima. Setiap paket data yang hilang akan dikirim ulang setelah mengirimkan laporan kehilangan untuk memastikan keandalan komunikasi dan mencegah hilangnya informasi panjang karena interferensi elektromagnetik.
Untuk menghindari kemacetan jaringan yang berlebihan, teknologi Bluetooth mendukung pengontrolan daya transmisi relatif ke penerima setelah sambungan dibuat. Metode ini, dikombinasikan dengan AFH, membantu menghemat energi sekaligus meminimalkan EMI, sehingga ratusan perangkat nirkabel dapat beroperasi di ruang yang sama. Selain itu, teknologi Bluetooth juga mengurangi kerentanan keamanan dengan menggunakan enkripsi yang kuat dan protokol verifikasi yang elastis.
Dalam penerapan IIoT, jaringan sensor Bluetooth berskala besar terutama berkomunikasi melalui gateway yang dirancang khusus untuk dipasangkan dengan beberapa perangkat. Dengan membangun node sensor di sekitar Bluetooth, pengembang dapat mencapai interoperabilitas yang lancar dengan ponsel cerdas dan tablet, menyederhanakan pekerjaan penyiapan dan diagnostik, serta meningkatkan efisiensi pemeliharaan.
Namun, agar jaringan nirkabel dapat beradaptasi dengan IIoT, jaringan sensor Bluetooth juga harus mampu beradaptasi dengan kondisi penerapan yang sulit, mengurangi konsumsi daya, meningkatkan efektivitas biaya, dan menyederhanakan pemeliharaan.
Membangun jaringan IIoT menggunakan modul BLE kelas industri
Dengan menggunakan modul dan kit pengembangan Digi XBee 3 BLU BLE 5.4, desainer dapat dengan cepat dan langsung menyebarkan jaringan IIoT nirkabel. Modul ini memiliki rentang suhu kelas industri -40 °C hingga+85 °C dan beroperasi dalam mode siaga dan tidur, sehingga memenuhi persyaratan keandalan dan konsumsi daya. Konsumsi perangkat XBee 3 BLU saat ini masing-masing adalah 7,5 miliampere (mA) dan 8 mikroampere (µ A), yang dapat mendukung pemasangan sensor jarak jauh dalam jangka panjang di lokasi yang sulit diakses, sehingga informasi berharga dapat diperoleh tanpa perlu penggantian baterai secara teratur.
Fitur lainnya meliputi:
Kecepatan transmisi data maksimum adalah 2 megabit per detik (Mb/s), yang memberikan pemahaman rinci tentang pengoperasian mesin yang kompleks
Daya transmisi maksimum adalah+8 desibel miliwatt (dBm), yang dapat mencapai komunikasi fidelitas tinggi dalam jangkauan pandangan langsung hingga 15 meter di dalam ruangan atau hingga 300 meter di luar ruangan
13 input I/O digital dan 4 input konverter analog-ke-digital (ADC) 10 bit, integrasi fleksibel dengan berbagai perangkat dan antarmuka sensor
Catu daya 1,71 V hingga 3,8 V, pemilihan catu daya fleksibel
Digi TrustFence Security untuk perlindungan perangkat dan jaringan, termasuk boot aman, port perangkat keras yang dilindungi, dan otentikasi perangkat
Kemampuan program MicroPython yang canggih memungkinkan pengembangan pesat sistem pemrosesan data dan pengambilan keputusan pada perangkat
Memperoleh sertifikasi regulasi komprehensif dari Amerika Utara (FCC, IC) dan Eropa (ETSI)