Internet Rzeczy coraz szybciej się łączących
| Gospodarka KomunikacjaZnany producent sprzętu, głównie rolniczego, John Deere, informował jesienią 2024 r. o kolejnych postępach we wdrażaniu w swoim systemie produkcyjnym bezprzewodowych „sieci prywatnych” (z ang. „private networks”). Jak tłumaczyli przedstawiciele firmy, inwestycje te są częścią „strategii Przemysłu 4.0”, która zakłada, że sieci prywatne będą kluczowym elementem projektów nowych obiektów w tym sensie, że to wokół tej nowej infrastruktury komunikacyjnej będzie się budować, a nie odwrotnie – tworzyć sieć łączności dla zbudowanych już obiektów.
John Deere chce w ciągu najbliższych lat przejść od modelu, w którym 70% komunikacji w jego produkcyjnej infrastrukturze odbywa się przez przewodowe sieci Ethernet i 30% przez Wi-Fi, do poziomu, w którym 80% stanowić będą sieci mobilne (docelowo 5G), przy 10 procentach Wi-Fi i takim samym udziale sieci typu Ethernet.
Pojęcie „sieci prywatnej” jest specjalistom dobrze znane. Ruch sieciowy w typowej konfiguracji, np. sieci domowej, odbywa się przez węzeł, którym jest router lub inne urządzenie połączone z globalną siecią i to router stanowi w tym układzie rozgraniczenie. Adresy prywatne są często postrzegane jako zwiększające bezpieczeństwo sieci wewnętrznej, ponieważ korzystanie z adresów prywatnych utrudnia zewnętrznemu hostowi zainicjowanie połączenia z systemem wewnętrznym. Nowością ostatnich lat są sieci prywatne komórkowe, które wdraża m.in. John Deere. Oparte są na innych rozwiązaniach niż sieci przewodowe.
W ciągu ostatnich lat, wraz z rozwojem technologii Internetu Rzeczy (IoT) i rosnącym zapotrzebowaniem na elastyczność i większą wydajność, nastąpiły znaczące zmiany w sposobach wymiany danych w przemyśle. Do znanych wcześniej, rozpowszechnionych standardów, takich jak sieci polowe (np. Modbus) dochodzą nowe podejścia i techniki, które zyskują coraz większą popularność. Są to przede wszystkim sieci ethernetowe – przykładowo Profinet, EtherNet/IP oraz EtherCAT.
Stworzony jeszcze w latach siedemdziesiątych XX wieku przez firmę Modicon protokół Modbus zyskał popularność dzięki prostocie i łatwości implementacji. W ostatnich latach wprowadzono ulepszenia, takie jak Modbus TCP/IP, które integruje tradycyjne urządzenia z nowoczesnymi systemami opartymi na protokole IP. Profinet, jako standard komunikacji oparty na Ethernecie, oferuje dużą prędkość transmisji danych oraz możliwość komunikacji w czasie rzeczywistym. Nowe wersje Profinet wprowadzają mechanizmy automatycznej konfiguracji oraz diagnostyki. EtherNet/IP (EtherNet Industrial Protocol), jako otwarty standard, jest szeroko stosowany w różnych aplikacjach automatyki przemysłowej, a nowe implementacje EtherNet/IP skupiają się na poprawie bezpieczeństwa sieci oraz integracji z systemami chmurowymi. To tylko niektóre z sieci w ostatnich latach szybko popularyzujących się w przemyśle i wypierających poprzednie standardy polowe.
W świat starszych, dobrze specjalistom znanych koncepcji, wpływają, jak widać, nowe nurty rozwiązań, takie jak integracja komunikacji przemysłowej z IoT, co pozwala zbierać dane z różnych urządzeń i przesyłać je do chmury. Dzięki temu przedsiębiorstwa mogą analizować dane w czasie rzeczywistym, a to umożliwia szybsze podejmowanie decyzji. Dochodzi do tego wirtualizacja, dzięki której przedsiębiorstwa mogą tworzyć wirtualne środowiska do testowania i wdrażania nowych rozwiązań bez potrzeby dużych inwestycji w infrastrukturę.
W kontekście rosnącego zapotrzebowania na komunikację w czasie rzeczywistym zwiększa się znaczenie nowych protokołów, takich jak TSN (Time-Sensitive Networking – standard rozwijany przez IEEE) w procesach wymagających precyzyjnego zarządzania czasem, czyli np. w robotyce czy automatyce procesowej. Inne stosunkowo nowe standardy to m.in. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), służący do wymiany danych między czujnikami a aplikacjami w chmurze, oraz IO-Link – standard komunikacji umożliwiający diagnostykę i konfigurację inteligentnych czujników, a także urządzeń peryferyjnych.
Bazą dla rewolucji w dziedzinie przemysłowego IoT, wirtualizacji i przetwarzania w czasie rzeczywistym ma być piąta generacja komunikacji mobilnej, znana również jako 5G lub 5G NR (New Radio), która jest następczynią 4G LTE. Nie dotyczy to, ma się rozumieć, aplikacji krytycznych, z uwagi na podatność sieci radiowych na ataki elektroniczne. Do najważniejszych obietnic 5G należy zwielokrotniona prędkość transferu danych i znacznie mniejsze opóźnienia. Obecnie 5G wykorzystuje przeważnie te same technologie co 4G LTE i może korzystać z tych samych pasm częstotliwości. Dodatkowo 5G używa lub ma używać dwóch nowych pasm częstotliwości – 700 MHz (694–790 MHz) oraz 3,6 GHz (3,4–3,8 GHz), i w końcu również tzw. fal milimetrowych, w paśmie 26 GHz, co daje najwyższe z obiecywanych w 5G szybkości transferu danych, rzędu gigabitów na sekundę.
Biorąc pod uwagę realia, czyli brak dostępności sieci 5G o obiecywanych najwyższych parametrach w większości miejsc, wspomniany na początku koncern John Deere przyznaje, że większość jego tworzonych obecnie sieci prywatnych bazuje (na razie) na LTE a nie na 5G. Ale ma być lepiej. I szybciej.
Anzelm Zawrzykraj
