Alacsony fogyasztású vezeték nélküli ad-hoc helyi mesh hálózati technológia

GSM átjáróval az intelligens szenzoros megoldások fejlesztéséhez

Az Endrich díjnyertes E-IoT ökoszisztémája egy lehetséges megoldást kínál az intelligens érzékelők adatainak felhőalapú adatbázisba való átvitelére az NB-IoT/LTE-M mobiltechnológiák segítségével (közvetlenül). Ez egy tökéletes megoldás a hagyományos eszközök „okosítására” viszonylag kisszámú érzékelőt használó alkalmazásban. A Neo.Cortec alacsony fogyasztású vezeték nélküli ad hoc Neo.Mesh hálózati technológiájának integrálása az Endrich IoT ökoszisztémába megoldást kínál nagyszámú szenzor esetére, egy rendkívül skálázható, hosszú élettartamú, független, akkumulátoros intelligens szenzorcsomópontokból álló helyi hálózat formájában. A sok közvetlen internetkapcsolatot feltételező közvetlen szenzor-felhő-kommunikáció helyett elegendő egy biztonságos, szubgigahertzes helyi hálózat egyetlen átjáróval a világháló felé. Ez a megoldás sokkal alacsonyabb költséggel, nagyobb megbízhatósággal támogatja többek között az ipari berendezések prediktív karbantartását, környezeti paramétereinek megfigyelését és biztonsági felügyeletét, és növeli az érzékelőhálózat megbízhatóságát zord ipari környezetben.

Az E-IoT platform

Napjainkban az iparág egyik legnagyobb kihívása a hagyományos folyamatok digitalizálása, a gépek funkciókban gazdag, kis fogyasztású mikrokontroller-, vezetékmentes kommunikáció- és szenzoralapú elektronikával való bővítése az adatok felhőalapú adatbázisba való továbbításához. Lehetőség nyílik ezáltal a hagyományos eszközök csatlakoztatott (SMART) eszközökké való átalakítására, amelyek működési és környezeti paramétereiket felhőalapú adatbázisba (Cloud Database) küldik az üzembiztonság érdekében. Az intelligens funkciók támogatják a megelőző karbantartást, az energiafogyasztás optimalizálását és a távfelügyeletet. Az E-IoT ökoszisztéma segít belépni ebbe az iparágba azáltal, hogy hardver- és szoftverszolgáltatási megoldásokat kínál a hagyományos eszközök intelligens eszközökké alakításához. Az Ipar 4.0 elvárásainak való megfelelés érdekében a szenzorok adathalmazait központi adatbázisba kell szervezni a jövőbeni feldolgozáshoz, ökoszisztémánk ezzel a kihívással kiválóan megbirkózik. Csapatunk számos hardverelemet fejlesztett ki különféle érzékelők és celluláris kommunikációs (M2M/Narrow-Band IoT) technológia implementálásával, hogy a szenzorok adatait közvetlenül a felhőbe juttassuk. A feldolgozási lánc kezdete a különböző fizikai paramétereket észlelő és mérő szenzorokból áll, amelyek feldolgozása egészen a felhőalapú adatbázisban való eltárolásig és a folyamat végén a vizuális adatreprezentációig tart. Az E-IoT ökoszisztéma kezdetben az okos­szenzorok jeleinek közvetlen felhőbe juttatását célozta.

De mi történjék akkor, ha a használt alacsony fogyasztású nagy kiterjedésű hálózat (LPWA) nem kínál megfelelő megoldást a közvetlen szenzor-felhő-koncepción keresztül? Mit tegyünk, ha nagyszámú szenzor esetén nem gazdaságos egyenként internetkapcsolatot létesíteni és fenntartani? Mi a teendő, ha az alkalmazás által igényelt adatküldési gyakoriság miatt az akkumulátor üzemideje nem elegendő?

Az E-IoT platform – alacsony fogyasztású ad-hoc helyi hálózattal kombinálva

Ebben az esetben egy alacsony fogyasztású ad-hoc helyi érzékelőhálózati megoldást hívunk segítségül, alkalmazhatjuk például a Neo.Cortec Neo.Mesh protokollt. Nagyszámú intelligens érzékelő csatlakoztatható ultraalacsony energiafogyasztással egy helyi hálózathoz, ahol egyetlen internetkapcsolattal rendelkező adatkoncentrátor/átjáró gondoskodik az adatok Cloud DB-be való eljuttatásáról a mobilhálózaton keresztül – például az LTE-M-en vagy az NB-IoT protokollokat használva. Mérnöki csapatunk kifejlesztett egy moduláris szenzorhálózati infrastruktúrát, amely vagy közvetlen szenzor-felhő- (pont-pont) -kommunikációt vagy helyi, alacsony fogyasztású szenzorháló-hálózatot és (többpont-pont) kommunikációt kínál a felhő felé az LPLAN-LPWAN átjáró segítségével. A fent említett intelligens szenzorhálózatokból, a Cloud adatbázisból és a vizualizációs és adatfeldolgozó rendszerből álló teljes E-IoT ökoszisztéma segítségével cégünk jó megoldást tud kínálni arra, hogy a hagyományos eszközöket összekapcsolt, „SMART” eszközökké alakítsuk, támogatva például a megelőző karbantartást.

A Neo.Mesh, az általunk használt Wireless Mesh Networking Protocol paradigmaváltást jelent a hagyományos hálózati architektúrákhoz képest. Ellentétben a hagyományos megoldással, amely központi hálózatkezelővel szabályozza a csomópontok közötti kommunikációt, ez a protokoll autonóm intelligens csomópontokat alkalmaz. Az egyes csomópontok független entitásként működnek, megkönnyítve a csomópontok közötti közvetlen kommunikációt központi jogosultság nélkül. Az eredmény egy egységes hálózat, amely egyszerűen működik, függetlenül attól, hogy milyen nagyra vagy összetettre nő. Ahogy egyre több és több csomópont csatlakozik zökkenőmentesen a hálózathoz, azok ad-hoc módon kapcsolódnak a meglévő csomópontokhoz, és hatalmas kiterjedésű összekapcsolt kommunikációs hálót alkothatnak. Ez az alkalmazkodóképesség és skálázhatóság különösen értékes az E-IoT platform kiterjesztéseként, ha olyan területen alkalmazzák, amelyet több száz vagy több ezer érzékelőnek kell lefednie. A protokoll egyik leglenyűgözőbb tulajdonsága a szabadalmaztatott útválasztási mechanizmus. Ez a mechanizmus biztosítja, hogy az adatok zökkenőmentesen haladjanak át a hálózaton, még akkor is, ha az RF (rádiófrekvenciás) úton akadályok vannak vagy a hálózaton belül a csomópontok mozgásban vannak. A hagyományos hálózatok gyakran teljesítményproblémákkal küzdenek, amikor a csomópontok blokkolva vannak, vagy dinamikusan változtatják pozíciójukat.

A Neo.Mesh Networking Protocol azonban kiküszöböli az ilyen aggályokat, és mindenkor megbízható adatátvitelt garantál. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy a hálózat teljesítményét nem befolyásolják a környezeti tényezők vagy a hálózaton belüli dinamikus változások. Függetlenül attól, hogy csomópontokat adnak hozzá, eltávolítanak vagy áthelyeznek, a hálózat robusztus és teljes mértékben működőképes marad, biztosítva a megszakítás nélküli kapcsolatot minden eszköz és felhasználó számára. Figyelemre méltó, ahogy a protokoll képes kezelni a valós hálózatok gyenge pontjait. Egy, a megfelelő hálózati azonosítóval rendelkező további csomópont zökkenőmentesen integrálódik a meglévő hálózatba, támogatva annak lefedettségét, és növelve a teljesítményét.
A Neo.Mesh technológia középpontjában egy robusztus protokollkészlet áll, integrált biztonsági és megbízhatósági funkciókkal. Ennek a biztonsági csomagnak a kulcsfontosságú eleme a csomópontok közötti vezeték nélküli kommunikáció AES128 használatával történő titkosítása. Ennek a titkosításnak az alkalmazásával a hasznos adatok és a hálózati kommunikáció áthatolhatatlan és megbízhatatlan entitások számára megfigyelhetetlen marad.
A rendszert a hosszú távú elemes működésre optimalizálták. Az energiafogyasztás rendkívül alacsony, így az akkumulátorok több évig is kitartanak. A Neo.Mesh hálózat időszinkronizált protokollt követ, amelyben minden csomópont ideje nagy részét alvó állapotban tölti. Ez az architekturális megközelítés nagymértékben kiszámítható energiafogyasztási mintát biztosít a hálózat minden csomópontja számára. Ennek eredményeként az összes csomópont közel azonos mennyiségű energiát fogyaszt, ami lehetővé teszi, hogy minden hálózati csomópont hatékonyan fennmaradjon sok éven át.
Az E-IoT a Neo.Mesh helyi szenzorhálózat-kiterjesztéssel szubgigahertz frekvencián működik, hogy kiküszöbölje a konkurens protokollok problémáit zord ipari környezetben. Ha összehasonlítjuk a GHz alatti hálózatot a WiFi-vel és a Bluetooth-szal, ugyanazt az antennát és átviteli teljesítményt használva, nyilvánvalóvá válik, hogy a GHz alatti hálózatok nagyobb hatótávolságot kínálnak. A kiterjesztett hatótáv hátterében az áll, hogy az alacsonyabb rádiófrekvenciás hullámokat nem nyeli el olyan könnyen a fizikai anyag, mint a WiFi-ben és Bluetooth-ban használt 2,4 GHz-es jeleket.
A Neo.Mesh protokoll ezen képességei ideális megoldást jelentenek a nagy méretű ipari komplexumokba, például gyárakhoz, épületekhez, ingatlanokhoz és üzletekhez telepített intelligens érzékelők számára.

Az Endrich őszi kiállításai és konferenciaszereplései

Az E-IoT roadshow a nyáron Dél-Amerikát és az USA-t vette célba, és a lap hasábjain korábban részletezett E-smartFridge koncepciót népszerűsítette a tengerentúlon. Közel harminc előadást tartottam a témában Brazíliában, Argentínában, Mexikóban és az USA-ban. Az ősszel a roadshow visszatér Európába, ahol számos konferenciára kaptunk meghívást, illetve számos kiállításon veszünk részt, elsősorban a fent részletezett ad-hoc okos szenzorhálózati megoldásokra összpontosítva. Franciaországban a SIDO lyoni és párizsi kiállításain mutatjuk be újdonságainkat, és fogok beszélni mindkét kapcsolódó konferencián is. Svájcban a luzerni „Sensor Technology Day 2023” konferenciára, Németországban a müncheni Wireless Word Congress 2023 konferenciára kaptam meghívást előadónak, míg itthon az ElectroSub 2023 és a TECHFerence 2023 konferenciákra.

Szerző: Kiss Zoltán, Export Igazgató – Head of R&D, Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH
Sales Office Budapest
1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A
Tel.: + 36 1 297 4191
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.endrich.com