wersja mobilna
Online: 731 Poniedziałek, 2016.12.05

Raporty

Trendy i technologie na polskim rynku urządzeń do komunikacji bezprzewodowej – raport techniczno-rynkowy

poniedziałek, 14 stycznia 2008 16:22

Polski rynek komunikacji bezprzewodowej rozwija się w bardzo szybkim tempie, tak samo jak analogiczne rynki Europy Zachodniej. Nowe technologie opracowywane są nawet co kilka miesięcy i szybko trafiają do magazynów dostawców w postaci kolejnych, bardziej zaawansowanych wersji modułów komunikacyjnych. Trudno jest jednak wyróżnić wyraźnego lidera rynku czy wiodącą technologię.

Spis treści » Sieci komórkowe
» IEEE 802.11 czyli WiFi
» Inne ISM
» Pokaż wszystko
Rys. 1. Najpopularniejsze technologie bezprzewodowe w polskich aplikacjach przemysłowych (źródło: ankieta redakcji APA)

Aby kompleksowo omówić charakter polskiego rynku urządzeń komunikacji bezprzewodowej, należy wstępnie podzielić go na sektory. Poszczególne moduły nadawczo-odbiorcze charakteryzują się parametrami specyficznymi dla zakresów częstotliwości, jakie wykorzystują do transmisji.

Ponadto nawet w tym samym zakresie długości fal możliwe jest stosowanie różnych protokołów komunikacyjnych wykorzystujących odmienne sposoby modulacji. Większość protokołów tworzona była do konkretnych zastosowań, których zakres w momencie ich powstawania był ograniczony najczęściej przez aktualne możliwości technologiczne.

Wraz z postępem wydajność układów nadawczych i odbiorczych znacząco wzrosła, a w związku z szybką popularyzacją, ich ceny zmalały. Przez ostatnie lata pojawiały się coraz to kolejne aplikacje, w których zastosowanie komunikacji bezprzewodowej w danym paśmie częstotliwości zaczynało mieć sens praktyczny. W konsekwencji tworzono kolejne protokoły wymiany danych przystosowane do nowych warunków i wymagań.

Powyższe czynniki spowodowały, że urządzenia dostępne obecnie na rynku można podzielić na trzy grupy - w zależności od zakresu stosowanych częstotliwości i zasięgu komunikacji. Dalszy podział dotyczy już poszczególnych protokołów komunikacyjnych, których stosowanie zależy od typu przesyłanych danych. Ponadto, w zastosowaniach przemysłowych wykorzystywane są moduły bezprzewodowe w dwóch postaciach – jako urządzenia samodzielne lub jako zintegrowane układy elektroniczne, które instaluje się w maszynach.

Opisany podział zastosowano także w raporcie i w zestawieniach tabelarycznych. Niektóre z firm oferują jedynie samodzielne modemy bezprzewodowe lub tylko układy do wbudowania (M2M), choć większość dystrybutorów zadeklarowała, że ma w swojej ofercie zarówno jedne jak i drugie. W praktyce jednak znaczna większość z nich koncentruje się tylko na jednej z tych grup produktów.

Tomasz Cieślikowski - Dyrektor sprzedaży Acte Sp. z o.o.

  • Czy polscy operatorzy GSM współpracują z producentami urządzeń przemysłowych wykorzystujących sieci komórkowe? Jeśli tak, to w jaki sposób?
  • Tak, operatorzy, i to nie tylko w Polsce, współpracują z dostawcami powyższych rozwiązań. Pierwszą, istotną płaszczyzną jest techniczne wsparcie użytkowników końcowych. Wykorzystując urządzenia technicznie zweryfikowane przez operatora, nabywca ma pewność, że otrzymuje nie tylko gwarancję sprzętową ale przede wszystkim stabilną platformę. To bardzo ważne wszędzie tam, gdzie wymagana jest duża precyzja oraz niezawodność działania, tak jak np. w branży bankowej, w systemach bezpieczeństwa czy też przy monitoringu pojazdów.

    Kolejnym ważnym, aczkolwiek na chwilę obecną jeszcze niezbyt eksponowanym czynnikiem, jest zapewnienie klientowi, poprzez wspólne działania producenta i operatora praw własności intelektualnej do wykorzystanej w rozwiązaniu technologii. Ponadto cały czas trwają prace nad wprowadzeniem nowych rozwiązań, poprawiających właściwości techniczne sprzętu. Dobrym przykładem jest wprowadzenie przez Wavecom technologii inSIM – wbudowanego chipa, który docelowo ma zastąpić kartę SIM. Rozwiązanie to jest bardziej niezawodne, odporne na czynniki zewnętrzne takie jak kurz, wstrząsy i trudne warunki atmosferyczne. Dzięki temu znacznie wydłuży się czas użytkowania całego zestawu.

    Dodatkową wartością dodaną są subsydia modułów GSM, które wraz z ruchem obsługiwanym przez operatora, zazwyczaj poprzez dedykowaną taryfę telemetryczną, znacząco obniżają barierę cenową przygotowania inwestycji i wdrożenie całego projektu.

Sieci komórkowe
Rys. 2. Najpopularniejsi w Polsce producenci modułów sieci komórkowych przeznaczonych do zabudowy w maszynach (źródło: ankieta redakcji APA)

Podział na urządzenia komunikujące się na poszczególnych długościach fal został dokonany w pewnym stopniu arbitralnie. Po pierwsze wyróżniono grupę urządzeń do sieci komórkowych, które charakteryzują się tym, że ich działanie wymaga skorzystania z usług któregoś z operatorów sieci GSM, co wiąże się z dodatkowymi opłatami w trakcie jej użytkowania.

Jednakże w zamian uzyskuje się zasięg pokrywający niemal całą Polskę i to przy minimalnych kosztach instalacji. Co prawda systemy GSM kojarzone są z względnie niską prędkością transmisji, ale obecnie sytuacja zmienia się diametralnie.

W ostatnich dwóch latach znacząco rozwinęły się sieci tzw. trzeciej generacji - stacje bazowe zgodne z UMTS już od dawna pracują u wszystkich polskich operatorów sieci komórkowych. Jednakże klasyczny UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), choć znacznie szybszy niż komunikacja GPRS, czy też nawet GPRS-EDGE, także nie pozwala na osiągnięcie wysokich przepustowości, przekraczających 2Mb/s.

W wyniku prac, na rynku pojawił się standard HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), który określany jest mianem sieci komórkowej 3,5G. W zależności od wersji powala on na transmisję w kierunku od stacji do odbiornika z przepustowością nawet do 10Mb/s.

Pierwsze implementacje tej sieci dokonane były w Stanach Zjednoczonych na koniec 2005 roku. Niecały rok później technologia ta została wprowadzona także do Polski do wszystkich stacji trzeciej generacji. Najnowszym z rozszerzeń technologii komórkowej jest standard HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access – określany jako 3,5G lub nawet 4G), którego istota polega na zwiększeniu maksymalnej prędkości transmisji w kierunku od telefonu do stacji. W przypadku HSUPA wynosi ona do 5,76Mb/s. Standard ten jest obecnie wdrażany we wszystkich sieciach komórkowych w Polsce i można z niego już korzystać w największych miastach w kraju.

O ile postęp technologiczny w dziedzinie sieci komórkowych pozwala sądzić, że w przyszłości będą one wykorzystywane jako jeden z podstawowych sposobów na uzyskanie dostępu do Internetu, nie jest pewne na ile technologia ta będzie powszechna w zastosowaniach przemysłowych. Obecnie wciąż zdarza się, że w niektórych lokalizacjach na terenie kraju zasięg sieci GSM jest na tyle słaby, że istnieją trudności z poprawnym i szybkim przesyłaniem danych.

Ponadto występują także problemy z ciągłością transmisji, która bywa zrywana – szczególnie, jeśli abonent zlokalizowany jest w środowisku o dużym natężeniu pól elektromagnetycznych. Mogą pojawić się również kilkusekundowe opóźnienia wynikające z nawiązywania połączenia lub przygotowania danych do transmisji pakietowej.

Konfiguracja sieci GSM

Funkcjonalność i opłacalność transmisji z wykorzystaniem sieci komórkowych zależna jest od konfiguracji urządzeń nadawczych. Jeśli z sieci GSM korzysta wiele urządzeń, ważne jest aby połączyć je ze sobą poprzez kanał transmisyjny tak, by były one cały czas wspólnie zalogowane do sieci. Dzięki temu przesyłane przez nie dane traktowane są jako część jednego długiego połączenia, a więc naliczane opłaty nie dotyczą każdego pakietu z osobna, lecz dopiero całej grupy danych.

We wszystkich polskich sieciach komórkowych podsumowanie kosztów dokonywane jest raz na dzień i to dopiero wtedy suma pobranych danych zaokrąglana jest do 10kB – czyli jednostki rozliczeniowej dla systemów telemetrycznych. Inną istotną decyzją, którą należy podjąć przy budowie sieci urządzeń komunikujących się w standardzie GSM jest wykorzystanie własnego punktu dostępowego APN (access point name) lub skorzystanie z oferty firm trzecich.

Wykupienie własnego APN jest kosztowne i wymaga opłacania wysokiego abonamentu miesięcznego w wysokości około 2000zł. W przypadku mniejszych sieci korzystniejsze będzie wybranie dostarczyciela punktu dostępowego i zostanie jego abonentem. W ten sposób miesięczny abonament za dostęp pojedynczego modułu do sieci spada do kilkudziesięciu złotych powiększonych o koszty transmisji danych, które wynoszą kilka groszy za każde 10kB danych.

W bardzo wielu zastosowaniach telemetrycznych, w których modemy GSM wykorzystywane są jedynie do kontroli stanu obiektu zdalnego ten dodatkowy koszt wyniesie nie więcej niż kilka złotych miesięcznie. Warto też odpowiednio skonfigurować system powiadamiania – najlepiej tak, aby wysyłał informacje jedynie o zmianach stanów zamiast powtarzać co jakiś czas przesył tych samych danych. W ten sposób możliwe jest kolejne ograniczenie liczby przesyłanych danych i w praktyce zmniejszenie kosztów obsługi niemal jedynie do wysokości samego miesięcznego abonamentu.

Warto też zauważyć, że rosnąca liczba abonentów sieci GSM pozwala operatorom na ciągłą rozbudowę swej infrastruktury oraz na zmniejszanie kosztów połączeń. Co więcej, niektórzy z nich zauważają znaczącą rolę, jaką mogą odgrywać klienci z sektora automatyki przemysłowej i starają się współpracować z przemysłem w celu ułatwienia wdrażania technologii GSM.

Przykładem mogą być prace prowadzone nad stworzeniem kart SIM w postaci układów elektronicznych do montażu powierzchniowego. Umożliwiłoby to zastąpienie stosowanych obecnie kart, które umieszczane są we względnie drogich – zarówno w montażu, jak i wykonaniu uchwytów na karty.

Możliwość wielokrotnego wkładania i wyjmowania kart sprawia również, że uchwyty te są nieodporne na wibracje, przez co nie nadają się do stosowania w najbardziej ekstremalnych warunkach środowiskowych. Niestety wygląda na to, że zanim scalone karty SIM wejdą do masowego użytku, minie jeszcze dużo czasu. Wynika to głównie z obaw o utratę kontroli nad rozdzielaniem numerów kodowych kart SIM, które pozwalają na logowanie się do sieci danych operatorów.

Wdrożenie: Bezprzewodowe odczyty pomiarów liczników energii elektrycznej
Rys. 1. Przenośny koncentrator wraz z modułem komunikacji bezprzewodowej

W gdańskim oddziale KE Energa, należącym do koncernu Energa Operator S.A sprzedawana jest energia elektryczna, którą odbiera około 600 tys. klientów. Średnia moc dostarczana przez cały oddział wynosi w okresie zimowym około 800MW, a w pierwszym półroczu 2007 roku dostarczono odbiorcom końcowym łącznie ponad 2 mln MWh energii.

Szczegóły techniczne

W 2006 roku przeprowadzono pilotażowy projekt polegający na instalacji liczników energii elektrycznej, których odczyty dokonywane są drogą radiową. W projekcie wykorzystano liczniki LEW 101-R i LEW 301-R wraz z dedykowanym oprogramowaniem Inkasent i Routerbase, które dostarczyła firma Apator.

250 z tych urządzeń komunikuje się z dwoma autonomicznymi koncentratorami drogą radiową w paśmie SRD ISM (Short Range Devices) na częstotliwości ok. 433MHz. Ograniczeniem mocy sygnału dla pasma jest emisja nie przekraczająca 10mW. Łącznie zainstalowanych jest obecnie 800 układów pomiarowych, z których wszystkie mogą być również obsługiwane i odczytywane za pomocą koncentratorów mobilnych, czyli palmtopów wyposażonych w modemy radiowe. Dla podłączenia modułu radiowego wykorzystywany jest port RS-232C.

Podczas każdego z odczytów przesyłane jest 8 parametrów: data, czas, energia czynna i bierna – każda w dwóch strefach czasowych oraz maksymalna średnia 15-minutowa moc pobierana i ewentualne stany alarmowe, jakie wystąpiły na liczniku. Następnie dane te przekazywane są w za pośrednictwem transmisji pakietowej GPRS w obrębie prywatnego APN z koncentratora do centrali w Gdańsku, gdzie zostają zapisane w głównej bazie telemetrycznej.

Firma wykorzystuje sieć komórkową Plus GSM, przy czym połączenie zostało tak zorganizowane, że oba wspomniane koncentratory widziane są jako elementy sieci lokalnej gdańskiego oddziału. Czas odczytu i przesłania danych wynosi około 5s, przy czym około 4 sekund zabiera przygotowanie pakietów i przesył za pomocą protokołu GPRS. Uzyskane dane mogą być przeglądane zarówno w głównej siedzibie oddziału jak i np. w placówce terenowej w Wejherowie.

Korzyści

Nowa infrastruktura ma wiele zalet. Zdalne odczyty, nawet jeżeli przeprowadzane są przez inkasenta z komputerem przenośnym, mogą być wykonywane z odległości do kilkuset metrów – w zależności od gęstości lokalnej zabudowy miejskiej i źródeł zakłóceń. Główną korzyścią z komunikacji radiowej jest znaczne skrócenie czasu rozliczeniowego.

Znika także tzw. problem „zamkniętych drzwi”, czyli sytuacja, w której dostęp do licznika jest ograniczony z powodu nieobecności lokatora. Zdalne odczyty z użyciem koncentratorów mają też niebagatelne znacznie w regionie półwyspu helskiego, z uwagi na czas dojazdu inkasentów oraz odległość od ostatniego posterunku terenowego.

Najdalej wysunięta na północ placówka tej firmy jest zlokalizowana w Pucku, co oznacza, że każdy odczyt wymaga wysłania inkasenta w podróż po półwyspie helskim. Wśród pozostałych korzyści wdrożonego systemu należy wymienić możliwość zdalnego wyłączania liczników u odbiorców zalegających z płatnościami.

Istotna jest też funkcja zazbrajania urządzeń, czyli wprowadzania ich w stan oczekiwania na ręczne wznowienie dostaw prądu przez użytkownika, w momencie gdy ureguluje on wszystkie rachunki. Wszelkie odczyty mogą być dokonywane na żądanie, a ich częstością sterują poszczególne koncentratory. Automatycznie pobierane informacje alarmowe pozwalają na szybkie wykrywanie ewentualnych błędów. Należy także wspomnieć, że automatyzacja rozliczeń przyczynia się do redukcji błędów ludzkich w procedurze akwizycji danych pomiarowych.

Podsumowanie

Pracownicy gdańskiego oddziału koncernu Energa są zadowoleni z wdrożonego systemu i liczą na to, że zostanie on rozbudowany na tereny pozostałych miast półwyspu helskiego. Zdaniem przedstawicieli oddziału komunikacja radiowa w przypadku odczytów liczników energii elektrycznych jest jedną z najtańszych w aplikacji oraz pozwala uniknąć ewentualnych problemów, jakie występują podczas przesyłu danych przez sieci energetyczne z wykorzystaniem technik PLC (power line communication).



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

2016-12-05   | Phoenix Contact Sp. z o.o
Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

Phoenix Contact dodaje do oferty rodzinę zasilaczy sieciowych Quint4 zaprojektowanych do zastosowań przemysłowych. Ta czwarta generacja zasilaczy oferuje zmodernizowane funkcje konfiguracyjne i diagnostyczne zwiększające niezawodność zasilania dostarczanego do systemów sterujących.
czytaj więcej

Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

2016-12-05   |
Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

Maxwell Technologies wprowadza do oferty nowy typ ultrakondensatora o napięciu 51 V przeznaczonego do wymagających zastosowań, m.in., w autobusach o napędzie hybrydowym. Został on zbudowany na bazie produkowanych przez Maxwella ogniw o napięciu 2,85 V i pojemności 3400 F, charakteryzujących się największą obecnie energią i gęstością mocy wśród wszystkich dostępnych na rynku tego typu elementów.
czytaj więcej

Nowy numer APA