Internet Industriel des Objets IIOT : 4G privée et IoT industriel

L'intégration de la technologie IoT dans les environnements industriels a déclenché une nouvelle révolution industrielle qui vise à créer des processus intelligents et automatisés. Mais les technologies Internet sans fil actuelles telles que le Wi-Fi ne seront pas en mesure de gérer l'intégration de masse de tels appareils IoT. Une autre technologie, LTE (4G), offre ainsi une alternative possible.

Alors que les processus industriels ont subi de nombreux changements au fil des ans, l'introduction des technologies IoT a déclenché une révolution industrielle, l'Industrie 4.0. La capacité de recueillir des quantités massives d'informations sur tous les aspects de chaque processus industriel fournit aux ingénieurs des données inestimables qui, si elles sont combinées aux technologies de l'IA, peuvent constituer un système intelligent. Tels que le système serait en mesure de minimiser les déchets en améliorant le fonctionnement des différents processus les uns avec les autres, il serait en mesure d'ajuster les temps de tâche pour fournir un meilleur flux entre les différentes étapes de production, et il donnerait des capacités prédictives qui peuvent non seulement déterminer quand une pièce des machines peut nécessiter un entretien mais aussi ajuster son utilisation pour maximiser la durée de vie et réduire les temps d'arrêt de la machine. La collecte de ces données peut également fournir un aperçu critique de la qualité finale des produits et des facteurs qui ne sont souvent pas considérés comme nécessaires pourraient être liés.

Atteindre un tel objectif nécessite de grandes quantités de données de tous les processus possibles, et obtenir des données entre ces processus et un système de contrôle central nécessite une connexion Internet. Les processus qui sont fixés en place peuvent s'appuyer sur des connexions Ethernet câblées qui sont à la fois à haute vitesse et permettent facilement un grand nombre d'appareils connectés à un seul réseau, mais les processus qui sont mobiles ou qui ont un certain degré de mouvement ne peuvent pas s'appuyer sur de telles technologies câblées. Dans ces cas, la technologie sans fil est requise, ce qui permet à un appareil mobile de conserver une connexion réseau lors de ses déplacements. Une méthode de connexion standard qui existe actuellement est le Wi-Fi, que l'on trouve dans la plupart des maisons, des bureaux et des sites industriels, mais les nombreuses limitations du Wi-Fi le rendent loin d'être idéal pour une utilisation future de l'IdO.

Le Wi-Fi en tant que technologie Internet sans fil est pratique pour la maison et le bureau, mais lorsqu'il est mis en œuvre dans des environnements industriels, il devient rapidement impossible. Le premier problème que présente le Wi-Fi est le nombre maximal d'appareils pris en charge, qui est de 255 dans un monde idéal (il est souvent inférieur en fonction du contrôleur de réseau utilisé et des autres appareils connectés au réseau via LAN). Alors que la plupart des foyers ont rarement plus d'une poignée d'appareils WI-Fi, une unité industrielle peut facilement atteindre ce maximum si tous les processus sont connectés via Wi-Fi ainsi que les étapes de transport et les travailleurs au sol.
Le deuxième problème dont souffre le Wi-Fi est sa bande passante, dont le taux de transfert de données maximal est de 300 Mbps. Cette bande passante est parfaitement adéquate pour les maisons avec quatre ou cinq appareils Wi-Fi, mais un emplacement industriel avec plus de 200 appareils verra rapidement la vitesse de téléchargement de chaque appareil chuter de façon spectaculaire et sera donc inadaptée. Alors que le Wi-Fi à 5 GHz peut augmenter cela à 900mpbs, la portée est considérablement réduite car les signaux 2,4 GHz peuvent voyager plus loin que 5 GHz (voir propagation radio vs longueur d'onde). C'est là qu'intervient le troisième problème, la portée, dont le Wi-Fi souffre mal. Bien que le Wi-Fi ait une portée maximale déclarée de 46 mètres, il est dans de bonnes conditions (c'est-à-dire en plein air sans obstacles), et les environnements industriels peuvent facilement être beaucoup plus importants que cela, nécessitant ainsi plusieurs points d'accès avec l'utilisation du Wi -Répéteurs Fi. L'utilisation de répéteurs illustre le quatrième problème avec le Wi-Fi; les répéteurs n'offrent pas une itinérance sans faille. Lorsqu'un appareil tombe hors de portée d'un réseau Wi-Fi, il doit effectuer une reconnexion au prochain réseau Wi-Fi qui est maintenant à portée, ce qui peut être long et peu fiable. Tout ce qui est mobile (comme un chariot élévateur automatisé) et nécessite une liaison montante constante vers un système de contrôle perdra périodiquement la connexion lors des changements de réseau et ne pourra pas fonctionner de manière fiable ou sûre.
Dans l'ensemble, le Wi-Fi est une technologie à faible bande passante et à faible nombre d'appareils qui convient aux maisons et aux bureaux, mais pas aux emplacements qui impliquent des centaines d'appareils compatibles Internet qui peuvent se déplacer entre différents réseaux. C'est là qu'une autre technologie s'avère idéale, le LTE.

La 4G LTE est une technologie cellulaire qui est déployée à l'échelle mondiale pour les connexions mobiles et qui fournit à la fois les appels téléphoniques cellulaires et Internet. Cependant, les récentes mesures gouvernementales telles que l'ouverture par la FCC de la bande 4G ont conduit les entreprises de télécommunications à mettre en place des réseaux LTE privés pour les grandes entreprises et les partenaires de l'industrie afin de contribuer à la croissance de l'IdO et de l'automatisation. Mais pourquoi le LTE est-il une technologie supérieure au Wi-Fi, et existe-t-il des exemples concrets de son intégration?
Pour comprendre pourquoi le LTE est une technologie appropriée par rapport au Wi-Fi, il est préférable de comprendre d'abord dans quel environnement le LTE est déployé. Pour que les communications mobiles soient pratiques, le réseau auquel elles se connectent doit pouvoir en gérer quelques-unes. Critères. La première est que le réseau doit être sans fil avec une portée qui supprime la nécessité d'un point d'accès tous les quelques centaines de mètres. La deuxième exigence est que ceux qui se déplacent d'un réseau cellulaire à l'autre puissent le faire sans effets notables tels que la perte d'appel ou la perte de connexion. La troisième exigence est que le réseau puisse gérer des charges importantes avec plusieurs milliers d'appareils connectés à une seule cellule. Tous ces critères sont facilement remplis avec la 4G grâce à sa portée cellulaire pouvant atteindre 45 miles, jusqu'à 1200 appareils pris en charge à la fois, et des taux de vitesse de données jusqu'à 150 Mbps. Les réseaux 4G prennent également en charge des fonctionnalités avancées telles que MIMO permettant un grand nombre de connexions simultanées, la formation de faisceau pour améliorer les connexions de signal aux appareils et les capacités d'itinérance par lesquelles un appareil passant d'une cellule LTE à la suivante n'a aucun effet sur les performances de la connexion.

Lorsque les technologies LTE sont appliquées aux applications IIoT, il devient rapidement évident qu'il s'agit d'une technologie hautement appropriée. La possibilité de déplacer des systèmes robotiques entre les cellules sans perte de performances, plusieurs milliers d'appareils envoyant et recevant simultanément des données et une gamme pouvant couvrir de manière fiable une installation industrielle entière. L'utilisation d'une telle technologie réduit également la complexité par rapport à une configuration Wi-Fi, car un réseau 4G privé ne peut nécessiter qu'un seul mât alors qu'un système basé sur le Wi-Fi nécessiterait des points d'accès fréquents tous connectés à un seul réseau (possible via Ethernet ). L'utilisation d'un seul mât contribue également à améliorer la sécurité en minimisant le nombre de points d'accès, tandis que les routeurs Wi-Fi ont généralement des mots de passe par défaut, aucune protection sur Ethernet, peuvent être espionnés pour déterminer les mots de passe, et un grand nombre de points d'accès augmente la capot probable que l'on est configuré de manière incorrecte fournissant un point d'entrée pour les cybercriminels.

L'utilisation de réseaux LTE privés est actuellement en cours, de grandes sociétés de télécommunications telles que Nokia et Cisco travaillant dur pour les mettre en œuvre dans tous les environnements, des hôpitaux aux mines. Les avantages qu'offre le LTE privé l'emportent de loin sur ses inconvénients de prix et de complexité, en particulier par rapport aux technologies telles que le Wi-Fi qui sont conçues pour une utilisation légère uniquement. L'avenir de l'automatisation dépendra fortement de communications fiables qui devront être sans fil et jusqu'à ce que le LTE privé devienne courant, le monde de l'IIoT devra continuer à s'appuyer sur le Wi-Fi, mais ne réalisera son plein potentiel que lorsque le LTE sera établi.

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