Jaringan sensor Internet of Things (IoT) telah terbukti mengubah permainan otomasi industri, energi terbarukan, dan sistem pencahayaan cerdas dengan meningkatkan efisiensi dengan data real-time dan mengurangi waktu henti melalui pemeliharaan prediktif. Namun, karena sistem dilengkapi dengan semakin banyak node sensor nirkabel, para perancang akan menghadapi tantangan untuk memperluas jaringan Industrial Internet of Things (IIoT) ini secara andal di lingkungan yang sulit sambil meminimalkan biaya implementasi dan pengoperasian, mengatasi kemacetan jaringan, dan memastikan keamanan.
Tulisan ini memberikan gambaran tentang berbagai masalah yang dihadapi oleh desainer dalam memperluas jaringan IIoT. Modul dan kit pengembangan Bluetooth Daya Rendah (BLE) Digi kemudian diperkenalkan untuk menggambarkan bagaimana produk ini dapat dengan cepat dan efektif menyelesaikan masalah di atas.
Tantangan dalam Memperluas Infrastruktur IoT Nirkabel
IIoT mencakup berbagai aplikasi yang memerlukan akuisisi data untuk meningkatkan efisiensi dan prediktabilitas. Mengambil pencahayaan cerdas sebagai contoh, sensor nirkabel mengumpulkan data cahaya sekitar dan tingkat hunian, serta menyesuaikan penggunaannya secara real-time untuk 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. Jaringan ini memantau keadaan dan kinerja sistem, memprediksi kesalahan, dan mengatur pasokan jaringan secara dinamis.
Seperti halnya area lain yang menggunakan teknologi otomasi industri, pengumpulan data dari komponen bergerak adalah kunci untuk melakukan pemeliharaan prediktif. Ratusan sensor nirkabel dipasang di seluruh sistem industri, memberikan informasi data terperinci untuk mengoptimalkan proses, mengurangi pemeliharaan, dan mengurangi biaya pengoperasian. Namun, seiring dengan berkembangnya ukuran jaringan sensor, mungkin terdapat masalah yang memengaruhi kinerja, seperti
Gangguan: Lingkungan industri sering kali dipengaruhi oleh interferensi elektromagnetik (EMI) tingkat tinggi yang dihasilkan oleh motor, catu daya mode peralihan, dan peralatan las busur. EMI ini menyebabkan penurunan kecepatan transmisi data secara intermiten, yang dapat berdampak serius pada efektivitas transmisi data.
Jaringan yang terlalu padat: Mengoperasikan beberapa perangkat nirkabel dalam jarak dekat dapat menyebabkan saturasi jaringan, yang mengakibatkan latensi lebih besar dan pemadaman koneksi, yang dapat menghambat deteksi real-time dan meningkatkan konsumsi daya.- g.
Keamanan: serangan peretas membahayakan infrastruktur penting, seperti energi atau logistik, sehingga jaringan sensor harus memiliki keamanan yang kuat. Namun, seiring bertambahnya jumlah titik akhir, jumlah kerentanan pun 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 biaya serta konsumsi daya meningkat dengan cepat seiring dengan bertambahnya jumlah sensor dan protokol. Selain itu, semakin banyaknya sensor di lapangan menyebabkan perawatan yang semakin kompleks karena pemeliharaan sensor yang tidak dapat diprediksi, baik karena kegagalan atau hanya penggantian baterai.
Teknologi Bluetooth dalam IIoT skala besar
Di antara banyak protokol nirkabel IIoT, Bluetooth adalah solusi ampuh untuk memecahkan berbagai masalah seiring berkembangnya jaringan sensor. Misalnya, dengan menggunakan adaptive frekuensi hopping (AFH), teknologi Bluetooth meningkatkan kekebalan tubuh. AFH membagi data menjadi paket-paket kecil dan mengirimkannya melalui beberapa frekuensi dan kemudian menggabungkannya kembali di sisi penerima. Setiap paket yang hilang akan dikirim ulang setelah laporan kehilangan dikirim untuk memastikan keandalan komunikasi dan mencegah hilangnya informasi panjang karena interferensi elektromagnetik.
Untuk menghindari kepadatan jaringan yang berlebihan, teknologi Bluetooth mendukung pengontrolan daya pancar relatif terhadap penerima setelah sambungan dibuat. Pendekatan ini, dikombinasikan dengan AFH, berkontribusi terhadap penghematan energi sekaligus meminimalkan EMI, memungkinkan ratusan perangkat nirkabel beroperasi di ruang yang sama. Selain itu, teknologi Bluetooth mengurangi kerentanan keamanan dengan menggunakan enkripsi yang kuat dan protokol verifikasi yang tangguh.
Dalam penerapan IIoT, jaringan sensor Bluetooth berskala besar berkomunikasi terutama melalui gateway yang dirancang untuk dipasangkan dengan beberapa perangkat. Dengan membangun node sensor di sekitar Bluetooth, pengembang dapat mewujudkan interoperabilitas yang lancar dengan ponsel pintar dan tablet, sehingga menyederhanakan pengaturan 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 dengan Modul BLE Tingkat 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 kisaran suhu industri -40 °C hingga+85 °C dan menggunakan mode pengoperasian idle dan tidak aktif untuk memenuhi persyaratan keandalan dan konsumsi daya. Konsumsi perangkat XBee 3 BLU saat ini masing-masing adalah 7,5 mA (mA) dan 8 mikroampere (µ A), yang dapat mendukung pemasangan sensor jarak jauh dalam jangka panjang di lokasi yang sulit, sehingga informasi berharga dapat diperoleh tanpa penggantian baterai secara berkala.
Fitur lainnya meliputi:
Kecepatan transmisi data maksimum adalah 2 megabit per detik (Mb/s), yang memberikan informasi rinci tentang pengoperasian mesin yang kompleks
Daya pancar maksimum adalah+8 dB miliwatt (dBm), yang dapat mewujudkan komunikasi dengan ketelitian tinggi dalam jangkauan penglihatan langsung 15 meter (m) di dalam ruangan atau 300 meter di luar ruangan
I/O digital dan 4 input ADC 10-bit untuk integrasi fleksibel dengan berbagai perangkat dan antarmuka sensor
Catu daya V hingga 3,8 V, pemilihan daya fleksibel
Digi TrustFence Security untuk perlindungan perangkat dan jaringan, termasuk boot aman, port perangkat keras yang dilindungi, dan verifikasi perangkat
Kemampuan mikroprogram yang canggih untuk pengembangan cepat pemrosesan data dan sistem pengambilan keputusan pada perangkat
Teregulasi sepenuhnya di Amerika Utara (FCC, IC) dan Eropa (ETSI)