工業(yè)4.0時代來臨，無線通信與定位技術(shù)成為智能制造體系發(fā)展關(guān)鍵，業(yè)者紛紛將Wi-Fi與藍(lán)牙技術(shù)導(dǎo)入產(chǎn)品，提升裝置實時通訊效能與定位精準(zhǔn)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(chǎn)業(yè)帶來革命性的變革，透過實時通訊與近端運算技術(shù)的導(dǎo)入，將為整體供應(yīng)鏈帶來質(zhì)變，以更大的靈活性與智能功能，實現(xiàn)生產(chǎn)線與商品制造的創(chuàng)新。
通訊、定位、時序 相輔相成 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)三要角就位
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet of Things, IIoT)架構(gòu)中，最核心的要務(wù)是布建一個網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)中的每臺裝置都具備獨一無二的可辨識身分，讓它們所產(chǎn)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(shù)據(jù)流，操作人員與制造商可運用前所未有且更為精細(xì)的方法來控制資產(chǎn)、流程與供應(yīng)鏈，進而優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)。
來自各個傳感器裝置的數(shù)據(jù)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(wǎng)在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用相當(dāng)多元，如運用更正確的傳感器數(shù)據(jù)，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(fēng)力渦輪機的運轉(zhuǎn)，傳感器數(shù)據(jù)可預(yù)示潛在問題，在故障前提早進行維護;在物流領(lǐng)域，車隊可實時回報位置與狀態(tài)，并提供準(zhǔn)確的貨品配送狀態(tài)。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)有賴于幾項關(guān)鍵技術(shù)，近端運算能力當(dāng)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(shù)據(jù)，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(wǎng)無線通信技術(shù)要角
針對通訊技術(shù)，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(nèi)的短距離應(yīng)用。其中，Wi-Fi和藍(lán)牙無線技術(shù)是廣泛應(yīng)用在工業(yè)與消費性裝置的兩項技術(shù)。
Wi-Fi一直是局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)與高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩叹嚯x應(yīng)用重要技術(shù)，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(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)模塊也有支持Wi-Fi與藍(lán)牙功能。
藍(lán)牙核心規(guī)格中有兩項主要技術(shù)，分別為適用于音訊與串流應(yīng)用的藍(lán)牙基礎(chǔ)/強化數(shù)據(jù)傳輸率(BR/EDR)技術(shù)，以及能為電池供電傳感器提供間歇性數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸乃{(lán)牙(Bluetooth Low Energy, BLE)。市面上已有業(yè)者鎖定工業(yè)應(yīng)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(yīng)用，則須用到蜂巢式技術(shù)這類的廣域網(wǎng)(Wide Area Network, WAN)。而LTE Cat-M1和窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)等新蜂巢式標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)技術(shù)，更是IIoT應(yīng)用的理想選擇。
多樣化的IIoT定位技術(shù)
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)等定位技術(shù)可為IIoT裝置提供位置信息，同時還能為數(shù)據(jù)到服務(wù)器(Data-to-server)應(yīng)用提供正確的時間戳(Timestamp)，GNSS可自動定位，對許多工業(yè)應(yīng)用與固定位置的設(shè)備相當(dāng)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(shù)，當(dāng)節(jié)點裝置失去蹤影或未經(jīng)授權(quán)被移動，網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器都能立即發(fā)現(xiàn)問題。
然而，當(dāng)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(shù)，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(rèn)位置。
在工廠或倉庫內(nèi)部的藍(lán)牙與Wi-Fi通訊也有助于提升定位準(zhǔn)確度，在通訊模塊處理器上執(zhí)行的軟件能分析藍(lán)牙訊號的到達(dá)角(AoA)與出發(fā)角(AoD)，有助于確定相對于其他節(jié)點或信標(biāo)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(wǎng)絡(luò)的訊號紋定位算法(Fingerprinting)，來精準(zhǔn)定位。
另一種定位技術(shù)為慣性導(dǎo)航(DR)，是利用多個傳感器輸入并將其與GNSS訊號數(shù)據(jù)結(jié)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(rèn)道路車輛的位置。具備無聯(lián)機慣性導(dǎo)航(Untethered Dead Reckoning)技術(shù)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(shù)據(jù)，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(guān)技術(shù)充分運用至模塊產(chǎn)品中，針對各種不同的應(yīng)用情境與需求采用最適切的技術(shù)，協(xié)力推動IIoT的發(fā)展。
