Il a été prouvé que les réseaux de capteurs de l'Internet des objets (IoT) changent la donne en matière d'automatisation industrielle, d'énergies renouvelables et de systèmes d'éclairage intelligents en améliorant l'efficacité grâce aux données en temps réel et en réduisant les temps d'arrêt grâce à la maintenance prédictive. Cependant, à mesure que les systèmes sont équipés de plus en plus de nœuds de capteurs sans fil, les concepteurs seront confrontés au défi d'étendre de manière fiable ces réseaux Internet industriel des objets (IIoT) dans des environnements difficiles tout en minimisant les coûts de mise en œuvre et d'exploitation, en résolvant la congestion du réseau et en garantissant la sécurité.
Cet article donne un aperçu des différents problèmes rencontrés par les concepteurs lors de l'expansion des réseaux IIoT. Le module Bluetooth basse consommation (BLE) et le kit de développement de Digi sont ensuite présentés pour illustrer comment ces produits peuvent résoudre rapidement et efficacement les problèmes ci-dessus.
Défis liés à l’expansion de l’infrastructure IoT sans fil
L'IIoT couvre un large éventail d'applications où l'acquisition de données est essentielle pour améliorer l'efficacité et la prévisibilité. En prenant l'éclairage intelligent comme exemple, les capteurs sans fil collectent des données sur la lumière ambiante et le taux d'occupation, et ajustent l'utilisation en temps réel pour économiser la consommation d'énergie et les coûts associés.
De même, les applications d'énergie renouvelable utilisent un réseau de capteurs IOT à distance pour surveiller diverses sources d'énergie telles que l'énergie solaire et éolienne. Ces réseaux surveillent l'état et les performances du système, prédisent les pannes et régulent dynamiquement l'alimentation du réseau.
Comme dans d’autres domaines où la technologie d’automatisation industrielle est utilisée, la collecte de données sur les pièces mobiles est essentielle pour effectuer une maintenance prédictive. Des centaines de capteurs sans fil sont installés dans tout le système industriel, fournissant des données précises pour optimiser les processus, réduire la maintenance et réduire les coûts d'exploitation. Cependant, à mesure que la taille du réseau de capteurs augmente, des problèmes peuvent survenir qui affectent les performances, tels que
Perturbation : les environnements industriels sont souvent affectés par des niveaux élevés d'interférences électromagnétiques (EMI) générées par les moteurs, les alimentations à découpage et les équipements de soudage à l'arc. Ces EMI provoquent une réduction intermittente du débit de transmission des données, ce qui peut sérieusement affecter la transmission efficace des données.
Encombrement du réseau : l'utilisation de plusieurs appareils sans fil à proximité immédiate peut entraîner une saturation du réseau, entraînant une plus grande latence et des pannes de connexion, ce qui peut entraver la détection en temps réel et augmenter la consommation d'énergie. - g.
Sécurité : les attaques de pirates informatiques constituent un danger pour les infrastructures critiques, telles que l'énergie ou la logistique, les réseaux de capteurs doivent donc bénéficier d'une sécurité robuste. Cependant, à mesure que le nombre de points finaux augmente, le nombre de vulnérabilités augmente.
Un autre défi consiste à intégrer des capteurs sans fil aux protocoles industriels standards. Cette intégration peut impliquer le reformatage et la compression des données pour réduire le trafic réseau ; Cependant, ces processus doivent être effectués sur l'appareil, et les coûts et la consommation d'énergie augmentent rapidement à mesure que le nombre de capteurs et de protocoles augmente. De plus, le nombre croissant de capteurs sur le terrain a conduit à une maintenance de plus en plus complexe en raison de l'imprévisibilité de la maintenance des capteurs, qu'il s'agisse d'une panne ou d'un simple remplacement de batterie.
Technologie Bluetooth dans l'IIoT à grande échelle
Parmi les nombreux protocoles sans fil IIoT, Bluetooth constitue une solution puissante pour résoudre toute une série de problèmes à mesure que le réseau de capteurs se développe. Par exemple, en utilisant le saut de fréquence adaptatif (AFH), la technologie Bluetooth améliore l’immunité. L'AFH divise les données en petits paquets et les transmet sur plusieurs fréquences, puis les recombine à la réception. Tous les paquets perdus sont retransmis après l'envoi d'un rapport de perte pour garantir la fiabilité de la communication et éviter la perte d'informations longues due aux interférences électromagnétiques.
Pour éviter l'encombrement du réseau, la technologie Bluetooth prend en charge le contrôle de la puissance d'émission par rapport au récepteur une fois la connexion établie. Cette approche, combinée à l'AFH, contribue aux économies d'énergie tout en minimisant les interférences électromagnétiques, permettant à des centaines d'appareils sans fil de fonctionner dans le même espace. De plus, la technologie Bluetooth réduit les vulnérabilités de sécurité en utilisant de puissants protocoles de cryptage et de vérification résilients.
Dans les déploiements IIoT, le réseau de capteurs Bluetooth à grande échelle communique principalement via des passerelles conçues pour s'accoupler à plusieurs appareils. En construisant des nœuds de capteurs autour de Bluetooth, les développeurs peuvent réaliser une interopérabilité transparente avec les smartphones et les tablettes, simplifiant ainsi la configuration et les diagnostics et améliorant l'efficacité de la maintenance.
Cependant, pour que les réseaux sans fil s'adaptent à l'IIoT, les réseaux de capteurs Bluetooth doivent également s'adapter de manière fiable aux conditions de déploiement difficiles, réduire la consommation d'énergie, augmenter la rentabilité et simplifier la maintenance.
Création de réseaux IIoT avec des modules BLE BLE de qualité industrielle
Grâce au module et au kit de développement XBee 3 BLU BLE 5.4 de Digi, les concepteurs peuvent déployer rapidement et directement des réseaux IIoT sans fil. Le module a une plage de température industrielle de -40 °C à +85 °C et utilise des modes de fonctionnement inactif et dormant pour répondre aux exigences de fiabilité et de consommation d'énergie. La consommation actuelle de l'appareil XBee 3 BLU est respectivement de 7,5 mA (mA) et 8 microampères (µ A), ce qui peut prendre en charge l'installation à long terme de capteurs à distance dans des endroits difficiles, afin d'obtenir des informations précieuses sans remplacement périodique de la batterie.
Les autres fonctionnalités incluent :
Le débit de transmission de données maximum est de 2 mégabits par seconde (Mb/s), ce qui fournit des informations détaillées sur le fonctionnement de machines complexes.
La puissance de transmission maximale est de +8 dB milliwatts (dBm), ce qui permet de réaliser une communication haute fidélité dans une portée de vision directe de 15 mètres (m) en intérieur ou de 300 mètres en extérieur.
E/S numériques et 4 entrées ADC 10 bits pour une intégration flexible avec différentes interfaces d'appareils et de capteurs
Alimentation V à 3,8 V, sélection de puissance flexible
Digi TrustFence Security pour la protection des appareils et du réseau, y compris le démarrage sécurisé, les ports matériels protégés et la vérification des appareils
Microprogrammabilité de pointe pour le développement rapide de systèmes de traitement de données et de décision sur l'appareil
Entièrement réglementé en Amérique du Nord (FCC, IC) et en Europe (ETSI)