راه‌حل جدید برای تبادل اطلاعات بی‌سیم در محیط‌های صنعتی

بهتر از فناوری 5G : محصول جدید BlitzFunk برای ارتباط بی‌سیم قابل اعتماد در صنعت (OT: Operational Technology)
از کارافتادن دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی خسارت مالی، زمانی و هزینه‌های راه‌اندازی مجدد را به صنعت تحمیل می‌کند. در اکثر مواقع دلیل از کارافتادن، تبادل نشدن صحیح اطلاعات بین تجهیزات مختلف مانند قطعی کابل یا مشکل در سامانه‌های بی‌سیم داده‌ها (WLAN) است. با به‌ کار بردن یک سامانه خوب بی‌سیم می‌توان بسیاری از این مشکلات را اجتناب کرد. اما یک سامانه خوب بی‌سیم چیست؟

هر کسی می‌داند که سرعت بالا در تبادل داده‌ها یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار در انتخاب تجهیزات و فناوری مورد استفاده در سامانه‌های بی‌سیم است. سایر معیارهای انتخاب نیز مانند مصرف انرژی، مدت زمان استفاده از باتری یا مسافت برد بی‌سیم نیز از عوامل مهم انتخاب هستند. یکی دیگر از نکات کلیدی انتخاب ، که کمتر در مصارف عمومی روزمره بدان توجه می‌شود، Latency داده‌ها است. Latency زمان مورد نیاز برای ارسال یک بستهٔ اطلاعات از فرستنده به گیرنده است که سرعت عکس‌العمل یک تجهیز را در مقابل تغییرات تعیین می‌کند و برای صنعت (ربات‌‌ها، سامانه‌های سروو و حرکتی و …) از مهمترین معیارهای انتخاب است. شبکه‌های صنعتی مانند Profinet, Profisafe یا EtherCAT نیاز به یک زمان ثابت،دقیق و Latency کوتاه دارند که در صورت وجود نداشتن، باعث از کار افتادن تجهیزات متصل به آن‌ها می‌شود.
Latency و قابل اعتماد بودن؛ دو فاکتور مهم
Latency و قابل اعتماد بودن دو عامل مهم در انتخاب سامانه‌های بی‌سیم برای انتقال داده‌‌ها است. معمولاً این دو عامل به صورت یک عدد بیان می‌شود که این عدد گویای دو معیار اشاره شده نیست. در مثال زیر می‌توان این موضوع را دقیق‌تر بیان نمود:
⦁ توضیح شماره ۱: سامانه بی‌سیم دارای قابلیت اعتماد به میزان ۹۹.۹۹۹۹٪ هست؛
⦁ توضیح شماره ۲: ۹۹.۹۹۹۹٪ تمامی بسته‌های اطلاعاتی ارسال شده از فرستنده به گیرنده دارای زمان Latency‌ کمتر از 4ms هستند.
همان طور که دیده می‌شود توضیح شماره ۲ واضح و کامل است و هر دو معیار فنی اشاره شده را پوشش می‌‌دهد و قابلیت استفاده در کاربردهای real time را دارا هست.
5G: انتظارات و واقعیت‌ها در صنعت
با ورود استاندارد 5G افق جدیدی در ارتباطات بی‌سیم گشوده شد که نه تنها در استفاده روزمرهٔ مردم بلکه در صنعت نیز نیازهای مورد درخواست را جوابگو بود. این استاندارد به عنوان سنگ بنای انتقال اطلاعات در دنیای دیجیتال و انقلاب صنعتی ۴به خصوص در کارخانجات دیده می‌شد. پنج سال بعد از ورود فناوری 5G به بازار و استفاده از آن کارشناسان متوجه برخی نکات در استفاده از این فناوری در صنعت شدند که نمی‌توانست خواسته‌های صنعت را برآورد سازد. دلیل این امر در فلسفهٔ به وجود آمدن این فناوری بود که برای استفاده در شبکه‌هایی که برای استفاده روزمره و عموم مردم و نه برای صنعت در نظر گرفته شده بود. برخی از مشکلات موجود در استفاده از این فناوری در صنعت را می توان به شرح زیر نام برد:
⦁ سازگاری: پروتکل‌های مورد استفاده در OT مانند Profinet, EtherCAT یا Profisafe در سطح دوم (Layer 2) هرم ساختار شبکه‌های صنعتی کار می‌کنند در صورت‌که فناوری 5G‌ بر پایه سطح IP بنا شده است. استفاده از فناوری مورد نیاز برای عبور اطلاعات در Layer2 (VXLAN/L2TP) که در صنعت مورد نیاز است در 5G باعث بالا رفتن قیمت و کم شدن سرعت رفت و برگشت انتقال داده‌ها (Latency) بین دو نقطه (End-To-End)‌ می‌شود.
⦁ هزینهٔ بالای سرمایه‌گذاری: شبکه 5G و تجهیزات مورد نیاز برای راه‌اندازی آن نیاز به یک سرمایهٔ اولیه زیاد دارد که برای شرکت‌های کوچک یا متوسط می تواند تحمیل هزینهٔ مضاعف باشد؛
⦁ مشکل راندمان: شبکه WLAN بر اساس فناوری 5G‌ در مصارف عمومی و روزمره اکثراً نمی‌تواند قابلیت real time را داشته باشد و معمولاً زمان Latency بالای 20ms را دارد که در مصارف صنعتی زمان قابل قبولی نیست؛
⦁ پیچیده بودن کاربری: نصب و راه‌اندازی شبکهٔ 5G بدون کمک افراد متخصص (معمولاً از خارج شرکت) میسر نیست؛
⦁ محدودیت در استفاده از باند فرکانسی: استفاده از شبکهٔ 5G در باند فرکانسی مجانی فعلاً امکان‌پذیر نیست؛
⦁ هزینه لیسانس باند فرکانسی: شرکت‌های عرضه کنندهٔ تجهیزات 5G هزینهٔ زیادی برای باند فرکانس از مشتریان طلب می‌کنند که این خود باعث افزایش هزینه‌های شرکت‌ها می‌شود.

شکل ۱: Access Point شکل ۲: Client

یک راه‌حل جدید برای تبادل اطلاعات بی‌سیم در محیط‌های صنعتی
با توجه به مطالب ذکر شده شرکت آلمانی Fuenfeinhalb Funksystem در سال ۲۰۲۳ با هدف ارائه محصول مناسب برای رفع مشکلات عنوان شده تأسیس گردید. محصول جدید این شرکت با نام BlitzFunk برای انتقال داده‌ها به صورت بی‌سیم و real time به بازار عرضه گردید. یک شبکه BlitzFunk از دو نوع تجهیز یعنی Access Points و Clients تشکیل شده است و بر اساس توپولوژی ستاره‌ای، Access Point های نصب شده به صورت یک عضو واحد عمل کرده و Client‌ها که بر روی دستگاه‌ها یا تابلوها نصب می‌شوند اطلاعات خود را با آن‌ها تبادل می‌کنند. برخی از شاخص‌های بارز این فناوری به شرح زیر هستند:
⦁ راندمان بالا: این محصول ۹۹.۹۹۹۹٪ بسته‌های اطلاعاتی از فرستنده به گیرنده را در زمان Latency‌ کمتر از 4ms ارسال می‌کند. این بسته‌های اطلاعاتی بر اساس Ethernet و با حداکثر سایز داده‌ها (1500 Bytes) و با سرعت انتقال 6Mbit/s بوده و در شرایط سخت اندازه‌گیری شده است؛
⦁ توسعه‌پذیری آسان: BlitzFunk را می‌توان به راحتی با اضافه کردن تجهیزات آن به شبکه قبلی برای نیازهای خود گسترش داد؛
⦁ راحتی کار با آن: کارکردن و تنظیمات BlitzFunk راحت‌تر از تجهیزات WLAN منزل است. نیاز به دانش خاصی برای نصب و راه‌اندازی ندارد؛
⦁ Plug&Play: BlitzFunk مانند یک سوئیچ اترنت عمل می‌کند و تمامی پروتکل‌های صنعتی مانند Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP, Profisafe, Sercos III و هم‌چنین پروتکل‌های سطوح بالاتر مانند OPC UA و MQTT را پشتیبانی می‌کند؛
⦁ قابل استفاده در کلیه کشورها: BlitzFunk در محدودهٔ فرکانسی آزاد برای WLAN کار می‌کند و به همین جهت در کلیهٔ کشورها قابل استفاده است. محدودهٔ فرکانس کاری آن 5 GHz, 2.4 GHz و 6 GHz است.
⦁ قابلیت Roaming سریع: سوئیچ کردن Client ها بین Access Point ها در بازه زمانی بسیار کمتر از یک میلی ثانیه اتفاق می‌افتد که این در حقیقت یک ارتباطات بدون وقفه محسوب می‌شود. شعاع کاری بین Client و Access Point با توجه به شرایط محیطی بین ده تا صد متر است.
⦁ امنیت: ارتباط بی‌سیم در BlitzFunk بر اساس جدیدترین روش رمزنگاری و شناسایی است و بر عکس WLAN ها معمولی، که هر دستگاه بی‌سیم در شعاع برد کاری قابلیت دسترسی به اطلاعات را دارد، هر عضو جدید به صورت جداگانه و توسط نرم‌افزار قابل اضافه کردن و یا حذف است. این امکان باعث می‌شود که در صورت از دست رفتن یک تجهیز شبکه (مانند دزدیده شدن آن) امکان استفاده بدون اجازهٔ آن وجود نداشته باشد.
امکانات ذکر شده باعث می‌گردد که BlitzFunk را در محیط‌های صنعتی مانند یک ارتباط سیمی بکارایی داشته باشد.Access Point و Client با IP 65 به بازار عرضه شده‌اند.
در مصاحبه با مدیرعامل شرکت تولیدکنندهٔ BlitzFunk وی بزرگترین مشکل را بازاریابی و فروش این تجهیزات به علت اطمینان نداشتن مشتریان نسبت به سامانه‌های بی‌سیم فعلی موجود در بازار (WLAN, 5G) ،با توجه به مشکلات ذکر شده در این نوشتار، عنوان گردید. ولی در اولین استفاده از BlitzFunk رضایت کامل و تعجب مشتریان قابل توجه است. بخش‌هایی از صنعت که از ربات‌ها یا تجهیزات متحرک استفاده می‌کنند در ردیف اول کاربردهای صنعتی این فناوری جدید و در کنار استفاده معمول از اترنت در این محیط‌‌ها قرار دارند.
BlitzFunk جایگزبن ارتباط کابلی نیست بلکه مکمل آن در صنعت است و هر دو روش در کنار هم و برای کاربردهای متفاوت قابل استفاده هستند. در کاربردهایی که کابل ها تحت فشار قرار دارند مانند خم شدن، کشش یا تجهیزاتی که در حال حرکت هستند، BlitzFunk راه‌حل مناسبی را ارائه می‌دهد.