Wybór sieci bezprzewodowej: analiza protokołów w świetle wymagań przyszłości

-- wtorek, 25 październik 2016

Czujniki bezprzewodowe należą do popularnych rozwiązań stosowanych do monitorowania miejsc odległych, z utrudnionym dostępem wymagającym dużych kosztów. Wykorzystywane są również w wypadku aplikacji przenośnych.

Chcąc wybrać najlepsze rozwiązanie bezprzewodowe, trzeba się liczyć z wieloma kompromisami technologicznymi, a także koniecznością zapoznania się z mnogością ofert dostawców. Przy próbie wyszukania publikacji technicznych i stron internetowych dotyczących przemysłowych bezprzewodowych sieci sensorowych (Industrial Wireless Sensor Networks – IWSN) klient zetknie się z bardzo dużą ilością przykładów, porównań technicznych wraz ze szczegółowymi analizami. Tego typu analizy są bardzo przydatne dla dużych odbiorców lub firm inżynieryjnych zatrudniających pracowników, których zadaniem jest analiza niuansów technicznych. Niestety, wielu potencjalnych użytkowników końcowych nie dysponuje specjalistyczną wiedzą techniczną, ani nie stosuje formalnych procedur wyboru i może po prostu nie mieć pewności, co jest najważniejszym czynnikiem różnicującym podczas analizy dostępnych opcji.

Inżynierowie, których zadaniem jest dokonanie wyboru, zazwyczaj kierują się podobnymi kryteriami. Przypisywane przez nich wagi oparte są na doświadczeniach z realizowanych już instalacji, a najczęściej rozpatrywane czynniki to:

-> dostępność łącza komunikacyjnego,

-> bezpieczeństwo,

-> skalowalność,

-> możliwość podłączenia do określonych urządzeń,

-> klasyfikacja urządzenia w zakresie obszarów zagrożonych wybuchem,

-> dostępne w danej lokalizacji opcje zasilania,

-> łatwość obsługi,

-> integracja z systemami sterowania,

-> ryzyko inwestycyjne w perspektywie zwrotu z inwestycji,

-> inne czynniki praktyczne związane z poszczególnymi zakładami.

Dwuetapowy proces wyboru sieci bezprzewodowych

Proces wyboru sieci IWSN dzieli się na dwa etapy: wybór protokołu sieciowego oraz selekcja dostawców i poszczególnych urządzeń. Protokół decyduje o sposobie działania sieci, natomiast dobór urządzeń będzie oparty na określonych zastosowaniach. Wszystko razem musi ze sobą dobrze współpracować. Protokół, który spełnia wszystkie wymagania sieciowe, to duży plus, ale jeśli nie ma dostępnych urządzeń do obsługi w określonych zastosowaniach, wtedy nie można go użyć.

Niektóre kryteria selekcji mogą mieć charakter bezwzględnych i tym samym powodować odrzucenie niektórych potencjalnych ofert rynkowych. Przykładowo w danej sytuacji może istnieć wymóg, aby urządzenie miało świadectwo grupy I, kategorii 1 dla obszarów zagrożonych wybuchem oraz klasę szczelności IP67, zatem rozwiązania nieposiadające zgodności z tymi standardami zostaną odrzucone lub będą wymagać dodatkowych kosztów i miejsca, aby zapewnić właściwe parametry obudowy.

Niektórym użytkownikom może zależeć, aby rozpatrywana sieć IWSN opierała się na międzynarodowym standardzie i będą unikać rozwiązań firmowych, pochodzących tylko od jednego producenta. Ryzyko inwestycji bez możliwości uzyskania zwrotu, ograniczone możliwości skalowalności, niższy stopień weryfikacji zabezpieczeń oraz ograniczone oferty produktowe od jednego dostawcy, to czynniki które mogą spowodować odrzucenie rozwiązania autorskiego.

ISA100 i Wireless HART to dwa standardy IEC, dedykowane do aplikacji przemysłowych z komunikacją bezprzewodową. Zostały szczegółowo przebadane pod kątem właściwego bezpieczeństwa i wspierane są przez wielu dostawców z branży automatyki procesów, zatem stabilna pozycja rynkowa dostawcy nie zwiększa ryzyka strat inwestycyjnych. Pod względem praktycznym standard ISA100 oraz WirelessHART spełnią większość, jeśli nie wszystkie z najczęściej podnoszonych kryteriów wyboru, niemniej jednak nadal są między nimi istotne różnice.

Elastyczność konstrukcji sieci IWSN

Sieci o topologii kraty (typu mesh) oferują wiele korzyści, włączając w to zdolność do samokonfiguracji i samonaprawy, a także do zarządzania trasami pakietów danych komunikacyjnych. Ponadto udostępniają wiele punktów odbioru (bramy) w celu zapewnienia nadmiarowości i skalowalności. Ich zdolności do samodzielnego zarządzania oparte są na złożonych algorytmach, służących do wykrywania sposobu ukształtowania sieci, jej topologii.

Na przykład sieci muszą stale analizować ścieżki komunikacji przypisane do każdego przeskoku sygnałów danych między czujnikami bezprzewodowymi, a także jakość sygnału każdego przeskoku, tak by unikać przeskoków prowadzących do większej liczby ponownych prób transmisji danych, spowodowanych dużą liczbą błędnych pakietów komunikacyjnych. W przypadku sieci IWSN z odpowiednią gęstością siatki (co oznacza odpowiednią liczbę węzłów sieci zapewniającą wiele ścieżek komunikacji) topologia danej sieci zazwyczaj cechuje się wysoką stabilnością.

Z drugiej strony sieć kratowa, opierająca się wyłącznie na jej zdolności do samodzielnej organizacji, może nie spełniać wymagań deterministycznych aplikacji do monitorowania i sterowania, które nie są w stanie tolerować dłuższych opóźnień lub wahań opóźnień (zakłóceń – jitter). Niektóre sieci bezprzewodowe typu mesh pozwalają użytkownikom na ustalenie maksymalnej dopuszczalnej liczby przeskoków pakietów danych od czujnika do punktu odbioru (głębokość sieci kratowej), ale korzystne jest zachowanie elastyczności przy projektowaniu określonej sieci zgodnie z oczekiwaną strukturą (rys.).

Podobne artykuły

 Czujniki bezprzewodowe - 29-05-18 10:54