Типы беспроводной связи
В консорциуме мобильных сетей следующего поколения (NGMN) и партнерском проекте третьего поколения (3GPP) случай использования связи машинного типа (MTC) разделен на две основные группы: массовые MTC (M-MTC) и критически важные MTC (C-MTC). В то время как M-MTC включает большое количество недорогих устройств, таких как датчики или счетчики с высокими требованиями к покрытию и энергоэффективности, C-MTC нацелена на сценарии с очень низкой задержкой и высокими требованиями к надежности, такими как автоматизация процессов, интеллектуальные транспортные системы и интеллектуальные сети, а также автоматизация производства.
Автоматизация производства очень сложна в исполнении. Это связано со строгими требованиями к задержкам и надежности. В этом контексте надежность относится к гарантированной доставке сообщения в пределах требуемой задержки. Обычно она определяется количественно как коэффициент ошибок остаточного блока (BLER) на физическом уровне (PHY) или коэффициент ошибок пакетов (PER) на более высоких уровнях стека протоколов. В автоматизации производства задержка считается сквозной (end-to-ene) , когда один конец формируется датчиками данных измерений и передается на контроллер логики процесса (PLC). PLC логически обрабатывает собранные с датчика данные и инструктирует исполнительные механизмы, формирующие другой конец связи.
Беспроводная автоматизация
В последние годы, использование беспроводных технологий для заводских процессов привлекло значительное внимание со стороны индустрии автоматизации и связи. Это в основном объясняется следующим: во-первых, затраты на монтаж и техническое обслуживание кабелей высоки, поскольку они часто подвержены износу, нуждаются в дополнительной защите, а также ограничивают мобильность в связи с их прокладкой. Поэтому время от времени приходится заменять кабели вручную, что требует вмешательства обученного персонала и прерывания производственных процессов. В отличие от этого, беспроводные технологии имеют очень низкие затраты на установку и обслуживание.
Во-вторых, беспроводные технологии предлагают высокую степень гибкости размещения, что позволяет быстро реализовать установку средств связи на производстве.
Наконец, общая природа беспроводной среды обеспечивает гибкость связи, когда любое устройство может взаимодействовать с любым другим в пределах своего радиуса связи.
Двухуровневая система координации
Сценарий беспроводной заводской автоматизации сейчас активно исследуется. Одна из таких коммуникационных архитектур основана на двухуровневой координации радиоресурсов. Двухуровневая архитектура выбрана для реализации логического разделения критически важных функций и общих функций. Следует отметить, что при практическом внедрении эти функциональные возможности потенциально могут быть интегрированы в рамках одной организации.
На первом уровне глобальный координатор использует Long Term Evolution (LTE) в качестве базовой технологии для осуществления контроля аутентификации и допуска, координации ресурсов и управления помехами между различными коммуникационными ячейками (общие функции). Он работает в более обширной зоне покрытия (например, в заводском цеху) и выполняет функции, требующие больших временных затрат.
На втором уровне местные радиокоординаторы работают в гораздо более узком диапазоне и в гораздо более детализированном масштабе времени, т. е. обеспечивают необходимые передачи с низкой задержкой и высокой надежностью (критически важные функциональные возможности).
Местные координаторы могут работать в двух режимах: "централизованном", когда сообщения от пользователя и плоскости управления передаются через местных координаторов, и "вспомогательном" устройство-устройству" (D2D), когда плоскости пользователя и управления разделены. Последнее позволяет осуществлять прямой обмен данными между устройствами (например, датчиками и исполнительными механизмами), одновременно контролируя информационные маршруты через местных координаторов.
Для критически важных заводских задач поддерживаемый режим D2D может обеспечить преимущество по сравнению с централизованным режимом в отношении задержек. Это связано с близостью устройств и меньшим количеством узлов связи.
Выполняя требования критически важных процессов, беспроводные технологии на базе LTE, несомненно, позволят предоставлять новые услуги в области автоматизации производства. Для этого в существующую конструкцию LTE необходимо внести некоторые изменения, которые частично уже рассматриваются в 3GPP. Хотя существующие ныне идеи изменения конструкции могут касаться широкого спектра услуг по автоматизации производства. Некоторые критически важные прикладные программы требуют революционных изменений в системе связи.
В любом случае, будь то эволюция LTE или выход на рынок автоматизации производства 5G, в обоих случаях это открывает новые возможности для вендоров и операторов, использующих технологии 3GPP.
