1. Campo Android: rilevamento di difficoltà interne ed esterne, MediaTek e partecipazione al gioco;
Micro stabilito News Network lo scorso anno, iPhone X di Apple dotato della funzione Face ID, scatenando una grande preoccupazione per il rilevamento 3D settore, quest'anno i produttori Android campo come Huawei, miglio, ecc sono tenuti a seguire. Topology Research Institute predice 2020 Il valore di uscita del modulo di rilevamento 3D dello smartphone globale raggiungerà 10,85 miliardi di dollari USA.
In precedenza i media stranieri, un senso 3D di alimentazione dispositivo VCSEL misura chiave è ancora inferiore il più veloce al 2019, le funzioni di rilevamento 3D hanno la possibilità di utilizzare sul vostro smartphone Android. MEMS e tecnologia di imaging, direttore di ricerca presso la società di ricerche di mercato Yole Developpement Pierre Cambou, perché la tecnologia della macchina fotografica di Apple TrueDepth istituito una soglia elevata, ha predetto che gli altri concorrenti possono richiedere più di un anno per fornire tecnologia di rilevamento paragonabile iPhone X 3D. Pertanto, in questa fase la schermata principale di selezione nell'ambito del programma di identificazione delle impronte digitali del campo di Android, Come il Vivo X20 Plus UD rilasciato, così come il rilascio del miglio 7, Meizu 16, Samsung Note 9, ecc.
Nonostante ciò, si prevede che il campo Android seguirà ancora e porterà il modulo di rilevamento 3D.
tecnologia di rilevamento 3D è anche la parte più critica dei più impegnativi, è la possibilità di effettuare una misurazione precisa distanza, e forma vari algoritmi differenti di barriere di brevetto, ma anche per ogni componenti del modulo di rilevamento 3D per produrre una leggera differenza ora più comune Le tecnologie di rilevamento includono Stereo Vision, Structured Light e Time of Flight (ToF).
tecnologia di rilevamento 3D fornitori campo, oltre al campo di Apple Lumentum / II-VI, nel campo di Android, le soluzioni più complete (la capacità di fornire modulo) fornitori in realtà non ha molto senso 3D ora in vendita modulo di misura per i produttori di telefoni cellulari stanno campo di Google, la chiave è fornito dal PMD disegno VCSEL IR CIS tedesco da fonderia e Infineon Princeton Optronics. un altro campo è un passa-alto + programma Himax (Himax), fornito da Qualcomm e soluzioni Progettazione di chip, Wonderscape fornisce dispositivi ottici WLO e DOE.
Programma Qualcomm + Himax è attualmente più maturo regime sensing Android 3D, Himax algoritmi di base master e capacità di progettazione e produzione hardware, fornisce un modulo di luce strutturata completamente integrato (Slim, modulo luce strutturata) 3D rilevare la soluzione complessiva. Hai Tong segnalazione elettronica, componenti Himax coinvolto nella maggior parte del disegno, fatto, includono un sé integrato DOE e il design WLO, ASIC, la CSI, il trasmettitore laser IC, Tx, e l'intero modulo, che è incorporato in una mappa di profondità generazione ASIC Qualcomm 3D algoritmo. Allo stesso tempo, Himax anche progettato in modo indipendente un equipaggiamento AA utilizzato Tx assemblaggio finale è prevista per fine 18Q1 SLIM (luce strutturata) la capacità produttiva raggiungerà 2kk / mese, principalmente digerito dal marchio di telefonia mobile della Cina. Oltre a Slim, Himax attualmente fornire ai clienti con il 3D sensing montaggio / programmi comprendenti WLO (per Apple), soluzioni di visione binoculare Qualcomm + Himax SLiM (per macchine di fascia alta Andrews), programmi di visione binoculare (per macchine di fascia bassa Andrews), il volume di produzione WLO. vengono utilizzati principalmente due telecamere simulazione visiva 3D, con luce codificata per migliorare le informazioni profondità dell'immagine. visione binoculare Himax 3D sensing schema obiettivo principale è la macchina di fascia bassa Andrews, definito come meno di 10 dollari.
Himax è Taiwan driver di visualizzazione leader nella produzione di campo IC dal 2006 negli Stati Uniti continua ad espandersi ricerca e lo sviluppo di nuove aree, tra cui un sensore di immagine CMOS, microdisplay LCOS, ecc, seguita dalla mano passa-alto nella mano nel rilevamento 3D, ha incluso le Rx CSI Dimensioni solo il 20% dei moduli CIS di telefono normali, più di 33.000 luogo di proiezione, all'interno di 20 a 100cm gamma di tasso di errore inferiore all'1%, ecc, si può dire che l'attuale campo di Android più alta qualità 3D SLiM schema di rilevamento è diventato Android il campo preferito. Inoltre, Himax WLO ha iniziato la fornitura di prodotti Apple nella seconda metà dello scorso anno, a seguito scoppio SLIM e il rapido sviluppo del settore guiderà l'azienda di prodotti rapidamente WLO importo.
Il rapporto di ricerca elettronico sottolineato, motivo Himax per la forza di fornire una soluzione completa, e la maggior parte dei componenti principali coinvolti nella progettazione o fabbricazione, basato principalmente sulle sue capacità di produzione di precisione nel campo di profondità accumulo nel campo di sensore NIR CMOS, WLO / DOE e altri dispositivi e il montaggio del modulo trasmettitore laser e test funzionalità. Himax nel campo di misura 3D profondo senso di eredità, se è la scadenza del programma, programma di produzione, o algoritmi di base, componenti, soluzioni progettuali, sono top Android campo, il follow-up l'industria dovrebbe godere appieno la festa del focolaio.
VCSEL importante fornitore dominato da Apple, Android campo cosa migliore
Passa-alto Un'iPhone + Himax filiera può essere visto in confronto di due soluzioni, 3D rilevata VCSEL è ToF componenti chiave e tecniche comunemente utilizzate Structured sorgente luminosa, un bordo emettitori laser (Edge-Emitting Laser, EEL) è un'altra una soluzione, ma VCSEL ha una qualità del fascio migliore, bassa divergenza del fascio a basso consumo energetico, il volume del modulo è anche un vantaggio. iPhone utilizzando un VCSEL, Qualcomm + Himax usando EEL.
VCSEL utilizzando un processo di produzione di semiconduttori, campo Apple con taglio GaAs 6 pollici wafer da fare, ma l'industria può raggiungere sei pollici di produzione di massa non sono molti produttori; altri fornitori VCSEL stanno producendo la maggior parte dell'energia è di 4 pollici, e la minoranza Con 3 pollici, la domanda generale di offerta e domanda del mercato è limitata e influenza anche la velocità con cui i campi non Hilton possono importare la tecnologia di rilevamento 3D.
Inoltre, esiste un importante fornitore di VCSEL Lumentum tra accordo sui brevetti di Apple, rende il Ruoyu turno campo Android di follow-up non può che scegliere VCSEL e l'anguilla nel breve termine, tuttavia poveri efficienza di conversione fotoelettrica EEL e l'alto costo, che renderà Android schema di rilevamento campo 3D è ancora difficile competere sui costi e l'efficienza con Apple. fotocamera frontale relativamente comune, completa di modulo di rilevamento 3D costerà $ 20 supplementari a $ 25 Huawei, OPPO, vivo, miglio e altri produttori di telefoni cellulari non ha intenzione di perseguire grande quantità di modelli di fascia alta, solo dopo un forte calo del costo, modelli mainstream possibili applicazioni, si prevede di essere necessario attendere fino al 2019.
Secondo Pu Tuo Research Institute industriali ha sottolineato che una stima conservativa di un massimo di 2018 solo due fornitori di Android può seguire, tra cui Huawei e chiede anche per alta miglio, ma il numero di produzione non sarà troppo, così Apple continuerà ad essere il telefono cellulare 3D sensing i più grandi utilizzatori. 2018 globale completa di modulo di rilevamento 3D della produzione totale di smartphone raggiungerà 197 milioni, che l'iPhone ha rappresentato per 165 milioni. Inoltre, nel 2018 rilevando la 3D modulo di stima del valore di mercato di circa 5,12 miliardi di dollari USA, di cui la percentuale fornita dall'iPhone raggiunge l'84,5%.
Tre grandi sfide: capacità di produzione, rendimento e costi. MediaTek è pronta per aderire.
Di fronte alla rapida crescita della domanda di mercato, il programma Qualcomm + Himax da un lato non può soddisfare la produzione non può, d'altra parte 3D sensing di debug del modulo è anche un problema. E 'l'inizio della catena industriale ha rivelato che ci sono un paio di impianto di modulo telecamera 3D modulo Qualcomm di inviare campioni dopo un intervallo di due mesi non ha ricevuto un segnale di completamento di messa produttori di moduli attualmente devono attendere un lato, mentre costantemente migliorando il rendimento. causa dell'elevato passo di messa pianificazione non è ideale, programma di produzione di massa paura Qualche ritardo
Attualmente Android campo 3D modulo di rilevamento chip principale essenzialmente fornito da Qualcomm, a fronte di un enorme potenziale di mercato, MediaTek già pronto in arrivo. È stato riferito che MediaTek è destinato anche a fornitore ruolo APU unisce 3D sensing campo di battaglia, destinato a convoluzione rete neurale (CNN) ── ── simile al motore neurale di Apple per supportare fonti del settore biometria, MediaTek sarà combinato con la telecamera 3D Obi luce progettato per fornire la CNN acceleratore per miglio in futuro.
Al MWC di quest'anno, MediaTek visualizzerà la telecamera di rilevamento telefono 3D, e la nuova piattaforma di chip serie P sosterrà la telecamera di rilevamento Obi luce 3D. 2016 MediaTek di mettere in gioco Obi luce, il suo progetto di riferimento della piattaforma La tecnologia dei sensori 3D di quest'ultimo è completamente adattata: dopo due mesi di rilascio di iPhone X, Aobi Zhongguang ha inviato il modulo ai produttori di telefoni cellulari di MediaTek e ai TOP 3 domestici, quindi Opie Zhongguang. È diventato anche il primo produttore cinese ad inviare una fotocamera 3D frontale per telefono campione.
Inoltre, un'altra importante società di progettazione di circuiti integrati a Taiwan ha anche scavato diversi membri del personale di ricerca e sviluppo di Qijing Optical, che sono tutti membri del nucleo del progetto di sviluppo originale di Google Glass e che hanno avuto visibilità anche nel rilevamento 3D.
Qualcomm + Novatek Himax, MediaTek + Obi luce, e dopo il Concilio, se fare l'Android tecnologia di rilevamento del campo 3D ulteriormente, alla fine può essere paragonabile iphone X? Industries sono visti.
2. Passa tre nuovi standard di riconoscimento facciale iPhone;
Impostare notizie di micro-rete, Apple ha annunciato tre nuovi iPhone quest'anno quasi diventato una conclusione scontata, il più preoccupato è la prima volta in iPhone 3 sembrano capacità di riconoscimento faccia 3D, dovrebbe essere completamente importato nell'attrezzatura standard nei tre nuovi modelli di quest'anno.
Storicamente il più rilevamento 3D utilizzando IR LED per il rilevamento, ma la precisione è ancora difficile da soddisfare una domanda di smartphone, la mela con una precisione migliore VCSEL tecnologia (superficie della cavità verticale che emettono laser), che è dominato dal gruppo sensore americana Lumentum, Finisar Sviluppo, nuovo per fornire epitaxial, stabile, Hong Jieke è responsabile per OEM e quindi costruisce un ecosistema di rilevamento 3D.
Di recente, l'industria ha diffuso diverse foto spia di tre nuovi iPhone, tutti con schermi "bang", il che significa che il sistema di riconoscimento facciale potrebbe diventare lo standard.
voci di mercato sono stati tutto l'anno, il nuovo iPhone sarà creare un design full-screen, ma ha anche uno stile "Fringe" e la funzione Face ID aiuterà le applicazioni di rilevamento 3D diventare più popolare, ma contribuirà anche alla domanda del mercato sarà l'arseniuro di gallio Doppia crescita.
Dopo la quotazione dell'iPhone X alla fine dello scorso anno, le applicazioni di riconoscimento facciale sono diventate una delle più popolari nuove applicazioni per smartphone e l'implementazione dei principali componenti di rilevamento 3D per questa applicazione è stata considerata dal mercato l'industria più imbarazzante di quest'anno.
3. Stabilizza la comunicazione del nodo del bordo come compito primario IIoT realizza l'intelligenza del bordo della rete;
Le macchine collegate in rete possono rilevare un'ampia varietà di informazioni che possono essere utilizzate per prendere decisioni critiche nell'ambiente Industrial Internet of Things (IIoT) .I sensori situati nei nodi periferici possono essere lontani da qualsiasi punto di aggregazione dei dati nel processo. Nel mezzo, deve essere collegato tramite un gateway e questo tipo di gateway è principalmente responsabile della trasmissione dei dati di bordo alla rete.
Costituente l'estremità anteriore del sensore IIoT sistema, misurata con i nostri dati, le informazioni rilevata da convertire in dati quantizzati, come la pressione, spostamento o frequenza di rotazione ed i dati dopo il filtraggio, selezionerà le informazioni più preziose, Quindi viene inviato di nuovo dal nodo al sistema di back-end per l'elaborazione. La connessione a bassa latenza consente al sistema di prendere decisioni critiche immediatamente dopo aver ricevuto i dati critici.
nodo periferico deve tipicamente essere collegato tramite un mote cablata o wireless (WSN) alla rete. In questa catena, il segnale, l'integrità dei dati è ancora molto importante. Se la comunicazione non è continua, rotto o degrado, per ottimizzare il rilevamento e la misurazione il dato non ha alcun valore a tutti. nella progettazione dell'architettura del sistema, il primo a prendere in considerazione è il robusto protocollo di comunicazione. la scelta migliore dipende dalle esigenze dei link, tra cui la distanza, larghezza di banda, il potere, l'interoperabilità, la sicurezza e l'affidabilità il sesso.
Per esempio EtherNet / IP, KNX, DALI, PROFINET e ModbusTCP tali requisiti estremi in termini di stabilità della tecnologia on-line, comunicazione industriale wireless gioca un ruolo chiave. Il sensore di campo di regolazione di profondità nodi ogni angolo della fabbrica è quello di utilizzare una rete wireless e il gateway Comunicazione e il gateway si affida all'infrastruttura cablata per collegarsi al sistema principale.
I nodi del sensore devono avere capacità di rete
Solo un paio di cose in futuro nodo di IoT singolarmente comunicazioni cablate, la maggior parte di questi dispositivi saranno le reti wireless. Le cose collegamento efficace politica industriale, in modo che il sensore può essere impostato in qualsiasi informazioni preziose che possono essere rilevata in base alla posizione, non può essere confinata Nelle aree in cui sono attualmente installate le comunicazioni e le apparecchiature elettriche.
nodi sensori devono avere un metodo e di una rete di comunicazione. Le cose come contesto industriale mappato ai protocolli di ordine superiore tali collegamenti, parte la comunicazione cablata seguirà l'Ethernet previsto. costruire gamma da Ethernet a 10 Mbps Copre i tassi di trasmissione superiori a 100 Gbps. Le parti con velocità di ordine superiore vengono solitamente indirizzate alla linea di dorsale tra la connessione Internet e il cluster host del server cloud.
Reti industriali come KNX, che sono più lente, utilizzano rame a coppie intrecciate per trasmettere segnali differenziali, utilizzano 30 volt di elettricità e hanno una larghezza di banda complessiva di 9600 bps. Poiché ciascun segmento può supportare un numero limitato di indirizzi (256), Pertanto, il meccanismo di indirizzamento può supportare fino a 65.536 dispositivi.La distanza di trasmissione massima per ciascun segmento di rete è di 1.000 metri.L'utente può scegliere di configurare il ripetitore.Ogni ripetitore supporta fino a quattro segmenti di rete.
Le reti wireless per l'ambiente industriale affrontano molteplici sfide
Quando i progettisti di sistemi di rete wireless IIoT stanno considerando quali tecnologie di comunicazione e di rete adottare, si troveranno ad affrontare molte sfide e devono considerare le seguenti restrizioni da una posizione più alta:
Distanza di trasmissione
Collegamento intermittente o continuo
Larghezza di banda
potere
interoperabilità
sicurezza
affidabilità
Distanza di trasmissione
La cosiddetta distanza qui si riferisce alla distanza percorsa dai dati trasmessi dal dispositivo IIoT collegato.La rete personale (PAN) a breve distanza ha una distanza di trasmissione di una classe di metri (Figura 1), come una tecnologia Bluetooth Low Energy (BLE). Una rete locale (LAN) con una distanza di trasmissione di diverse centinaia di metri può essere utilizzata per installare vari sensori automatizzati nello stesso edificio.Per una rete geografica (WAN) con una distanza di trasmissione di diversi chilometri, La sua applicazione include l'installazione di vari sensori agricoli in una vasta fattoria.
Figura 1 Collegamento wireless a corto raggio
Il protocollo di rete selezionato deve corrispondere alla distanza di trasmissione richiesta dal contesto IoT industriale.Ad esempio, per un'applicazione LAN interna con una distanza di diverse decine di metri, la rete mobile 4G non è adatta in termini di complessità e potenza. Quando le distanze di trasferimento dei dati sono messe in discussione, le operazioni sui bordi sono un'alternativa praticabile: siamo in grado di eseguire l'analisi dei dati direttamente ai nodi periferici senza dover inviare dati al sistema principale per l'elaborazione.
E la trasmissione di potenza dell'intensità onde radio trasmissione del quadrato della distanza è inversamente proporzionale alla forza di potenza di segnale dell'onda radio e il quadrato della distanza percorsa, e quindi quando la distanza di trasmissione è raddoppiata, il ricevitore riceve solo un quarto della potenza originale della potenza delle onde radio. Trasferito Per ogni 6 dBm di potenza in uscita, la distanza di trasmissione raddoppia.
In una trasmissione spazio ideale senza barriere tra la legge dell'inverso del quadrato è l'unico fattore che influenza la distanza di trasmissione. Tuttavia, la distanza di trasmissione del mondo reale a causa delle vie di trasmissione comprendono pareti barriera del corpo, recinzioni, piante e degrado.
Inoltre, il vapore acqueo nell'aria assorbe energia RF verrà riflesso onde radio oggetti metallici, con conseguente segnale secondario (segnali complementari) arrivano in diversi punti nel tempo un lato di ricezione, il consumo di energia supplementare sarà inoltre formato interferenza distruttiva.
sensibilità del ricevitore radio determina la perdita massima del percorso di propagazione. Ad esempio, nella fascia 2.4GHz industriale / scientifico / medico (ISM), la sensibilità minima ricevitore di radiazione RF 85dBm. propagare verso tutte le direzioni uniformemente, le linee di contorno intensità si formerà una sfera (a = 4πR2), dove R è la distanza tra l'estremità trasmittente con quello ricevente in unità di metri. la (Friis) equazione propagazione Frings, la perdita spazio libero (FSPL) e trasmissione e estremità riceventi Il quadrato della distanza tra loro e il quadrato della frequenza del segnale radio è proporzionale.
Nella formula, Pt = potenza di trasmissione in watt, S = potenza alla distanza R.
Nella formula, Pr = potenza ricevuta in watt.
[Lambda] (lunghezza d'onda di segnali di trasmissione, in unità di metri) = c (velocità della luce) / frequenza f (Hz) = 3 × 108 (m / s2) / f (Hz) o 300 / f (MHz)
Dove f = frequenza di trasmissione
Se la frequenza di trasmissione e la distanza da trasmettere sono note, i dati di trasmissione e ricezione possono essere calcolati in base all'FPSL Il budget di collegamento è indicato nell'equazione 1.
Potenza ricevuta (dBm) = Potenza trasmessa (dBm) + guadagni (dB) - perdite ...... Formula 1
Larghezza di banda e collegamenti
La larghezza di banda si riferisce alla velocità con cui i dati vengono trasmessi in un'unità di tempo.La larghezza di banda limita la velocità massima a cui i nodi di sensore IIoT possono raccogliere dati e trasmettere dati. I fattori considerati sono i seguenti:
La quantità totale di dati generati da ciascun dispositivo dopo un certo periodo di tempo.
Il numero di nodi distribuiti e aggregati a un gateway.
Considerando la modalità di trasmissione di picco continua o intermittente, quanta larghezza di banda disponibile è necessaria per soddisfare la domanda di picco.
La dimensione del pacchetto del protocollo di rete deve corrispondere alla quantità di dati trasmessi.Se il pacchetto di trasmissione è pieno di dati vuoti, l'efficienza di questo protocollo non è elevata, tuttavia il pacchetto più grande è suddiviso finemente in molti pacchetti di dati più piccoli e trasmessi separatamente. Pagare il costo delle risorse Il dispositivo IIoT non si connette alla rete in qualsiasi momento e passa alla modalità offline solo dopo che i dati vengono trasmessi a intervalli regolari per risparmiare energia o risorse di larghezza di banda.
Potenza e interoperabilità
Se il dispositivo IIoT che utilizza la batteria deve risparmiare energia, il dispositivo deve immediatamente passare alla modalità di sospensione non appena è inattivo.Possiamo iniziare a regolare la modalità di consumo energetico del dispositivo in base alle diverse condizioni di carico della rete, il che aiuterà l'alimentazione del dispositivo. La capacità della batteria può essere abbinata alla potenza richiesta per trasmettere i dati necessari.
La possibilità di interoperabilità tra i vari nodi della rete è destinata a diventare un problema importante.L'approccio tradizionale del settore è quello di utilizzare protocolli di comunicazione standard cablati e wireless per mantenere l'interoperabilità all'interno di Internet. Prodotti Emerging IIoT dovuti alla necessità di cooperare con il nuovo Rilasciare il rapido ritmo della tecnologia e il lavoro che porta alla standardizzazione è pieno di difficoltà.Il sistema IIoT è basato sulle migliori tecnologie e queste tecnologie sono correlate a soluzioni disponibili in commercio.Se la tecnologia viene adottata ampiamente quindi la probabilità di raggiungere l'interoperabilità a lungo termine sarà più alta.
sicurezza
La sicurezza della rete IIoT svolge un ruolo importante nel sistema in tre aspetti: riservatezza, integrità e autenticità Per mantenere la riservatezza, i dati di rete devono trovarsi in un quadro ben noto e non possono essere divulgati a dispositivi esterni o esternamente. Intercettazione del dispositivo
E per mantenere l'integrità dei dati, è necessario mantenere il contenuto dello stato del segnale con esattamente lo stesso problema, non può essere modificato, o aggiungere un'informazione troncato. Come per mantenere l'autenticità, è necessario determinare l'origine dei dati ricevuti dal previsto, l'esclusione di altre fonti Messaggi e falsi nodi per false comunicazioni sono esempi di perdita di autenticità.
Anche nodo wireless sicuro e protetto, una volta che l'interfaccia (Interfaccia) a un gateway non protetta, formeranno la vulnerabilità in modo che gli interessati possono ottenere un'invasione pausa. Stamp può aiutare a identificare sia per mezzo di salti di frequenza dati del segnale, e (canale laterale) ritrasmissione attraverso canali collaterali. timbro può anche essere utilizzato per correggere riorganizzazione trasmissione dei dati chiave su ordine, in modo che trasmettono i pacchetti dopo numerosi funzionamento non coordinato del sensore può ripristinare i dati originali.
supportano la crittografia di sicurezza AES-128, in grado di seguire IEEE 802.15.4 e AES-128/256 specifiche nel IEEE 802.11. Key Management, decifrando generazione distorsione qualità (RNG), e la lista di controllo degli accessi di rete di accesso (ACL) Tutto ciò contribuisce ad aumentare la barriera di sicurezza della rete di comunicazione.
bande
Alcuni hanno sensore wireless degli oggetti sarà utilizzato in infrastrutture telefono mobile photo-band, ma questi sensori sono di solito dispositivo assetato di potere a cui appartiene. Un esempio è il sistema telematico, se si desidera che questo tipo di sistema che si desidera informazioni raccolte attraverso l'azione Non è praticamente possibile trasmettere tramite la tecnologia di comunicazione wireless a corto raggio, mentre molte altre applicazioni industriali a bassa potenza utilizzano bande non autorizzate nella banda ISM.
Standard IEEE 802.15.4 è una tecnologia di comunicazione wireless a bassa potenza nel corso di molti compiti delle applicazioni di business networking, tra cui il suo uso di 2,4 GHz di frequenza, 915MHz, e porzioni di nastro 868MHz ISM, un totale di 27 canali per il multi-canale hop radiofrequenza Usa (Tabella 1).
Le bande senza licenza disponibili in tutto il mondo hanno un supporto di livello fisico incoerente: l'Europa offre canali a 6 canali con larghezza di banda di 600 kHz a 868 MHz, mentre il Nord America offre bande a 10 2 MHz a 915 MHz. Il resto del mondo Fornisce un canale da 11 MHz a canale da 5 MHz a 2,4 GHz.
Bluetooth a bassa potenza fornisce una soluzione con un consumo energetico notevolmente ridotto.la bassa energia Bluetooth non è adatta per il trasferimento di file ed è adatta per la trasmissione di piccole quantità di dati.Uno dei vantaggi della bassa energia Bluetooth è che il tasso di penetrazione è molto più alto di quello di altri concorrenti. è stato integrato in una vasta gamma di dispositivi mobili. specifica Bluetooth 4.2 è utilizzato nel nucleo di comuni ISM da 2,4 GHz di banda, la distanza di trasmissione da 50 a 150, gaussiana (Gaussian) spostamento di frequenza meccanismo di modulazione può raggiungere la velocità di trasmissione dati di 1 Mbps.
Nel decidere quale frequenza ottimale utilizzare per una soluzione IIoT, è necessario tenere conto dei vantaggi e degli svantaggi della soluzione ISM a 2,4 GHz:
vantaggio
Nella maggior parte dei paesi, non è necessario ottenere una licenza.
La stessa soluzione può essere venduta in vari mercati.
La larghezza di banda di 83,5 MHz è sufficiente per essere suddivisa in più canali e trasmessa attraverso più canali per ottenere un'elevata velocità di trasmissione dei dati.
Duty Cycle può raggiungere il 100%.
La dimensione dell'antenna è inferiore all'antenna a banda da 1 GHz.
difetto
Alla stessa potenza di uscita, la distanza di trasmissione è inferiore alla banda di 1 GHz.
L'alta permeabilità genera molti segnali di interferenza.
Protocollo di comunicazione
Nel sistema di comunicazione utilizzerà un insieme di regole e standard per disciplinare come i dati di configurazione, e come controllare lo scambio di dati, ad esempio il modello Open Systems Interconnection (OSI) comunicazioni sarà suddiviso in una pluralità di strati funzionali, in modo che il pubblico più prontamente costruzione Scalable La rete di interworking Il modello OSI è diviso in 7 livelli (Figura 2), inclusi entità (PHY), collegamento dati, rete, trasmissione, conversazione, espressione e stratificazione dell'applicazione.
Figura 2 OSI e modello TCP / IP
Gli standard IEEE 802.15.4 e 802.11 (Wi-Fi) specificano il sottolivello e il livello fisico del collegamento di dati di controllo degli accessi (MAC). Le stazioni di base 802.11 vicine possono utilizzare rispettivamente uno dei canali non sovrapposti per ridurre gli effetti di interferenza ( Figura 3) Il meccanismo di modulazione utilizzato da 802.11g è il multiplexing della divisione di frequenza portante ortogonale (OFDM), di seguito introdurremo un meccanismo più complesso di IEEE 802.15.4.
Figura 3 Lo strato fisico generale IEEE 802.15.4 globale da Canale 11 a Canale 26 e IEEE 802.11g Canale da 1 a Canale 14 canali
Il livello di collegamento fornisce un meccanismo per convertire i segnali radio in dati bit e convertire i dati bit in segnali analogici.Questo strato è anche responsabile per l'esecuzione di comunicazioni affidabili e la gestione delle operazioni di accesso al canale radio.Il livello di rete è responsabile del controllo dei dati sulla rete. Percorsi e processi di indirizzamento superati In questo livello, l'IP (Internet Protocol) è responsabile della fornitura di indirizzi IP e del passaggio di pacchetti IP da un nodo a un altro.
Quando si esegue una sessione di applicazione su entrambe le estremità della rete, il livello di trasporto genererà un programma di comunicazione di comunicazione corrispondente, che consente a un dispositivo di eseguire più applicazioni contemporaneamente e ogni applicazione utilizza il proprio canale di comunicazione. La maggior parte dei dispositivi di rete utilizza il protocollo TCP (Transmission Control Protocol) come protocollo di trasmissione predefinito.
Il livello dell'applicazione è responsabile per il formato e il controllo dei dati, consentendo all'applicazione specifica del sensore del nodo di ottimizzare il flusso dei dati di trasporto Uno dei protocolli del livello applicazione più popolare nello stack TCP / IP è l'HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Questo protocollo è stato sviluppato per il trasferimento di dati su Internet.
Federal Communications Commission FCC Part 15 regole saranno potenza di trasmissione banda ISM efficace è limitata a 36dBm. Un'eccezione è di fare uso del punto fisso banda a 2,4 GHz per puntare link può essere utilizzato 24dBi antenna di guadagno, e la potenza di trasmissione 24dBm, in modo che il totale effettivo potenza RF raggiunge 48dBm con altre (EIRP). devono raggiungere almeno la potenza di trasmissione di 1 milliwatt. vuole rendere il tasso di errore di pacchetto è inferiore all'1%, quindi la sensibilità del ricevitore deve essere in grado di 85dBm banda 2,4 GHz segnale ricevuto, e la ricezione 868MHz Potenza del segnale di -9 dBm sulla banda 915 MHz.
Vecchio edificio o nuove impostazioni del terreno
cose del settore devono avere molti standard wired e wireless per il loro sostegno al fine di eseguire sulla linea, ma vorrebbero utilizzare la costruzione del sistema di rete esistente IIoT l'attuale numero di opzioni non è molto nuova soluzione di sviluppo IIoT deve essere regolato in modo da integrare nell'ambiente di rete.
L'impostazione di una nuova terra (Greenfield) viene creato nel nuovo ambiente, un nuovo sistema da zero, senza limiti di forma di vecchie attrezzature vincolanti. Per esempio la costruzione di una nuova fabbrica o magazzino può essere considerato soluzioni IIoT installati nelle carcasse metalliche degli edifici Per ottenere le migliori prestazioni.
Le strutture precedenti (Brownfield) hanno installato la rete IIoT nell'infrastruttura esistente e le sfide saranno ancora più severe: la vecchia rete potrebbe non essere adatta per l'esecuzione dell'IoT, ma il nuovo sistema IIoT deve essere installato con qualsiasi ordinamenti coesistano correre, e questi sistemi più vecchi sono spesso fonte di segnali di interferenza RF. sviluppatore deve impegnarsi a lasciare l'ambiente legacy, compreso l'hardware, il software incorporato, e le restrizioni sulle decisioni di progettazione formate in precedenza. in modo che il processo di sviluppo diventa molto complicato, per essere Analizzare, progettare e testare con cura e attenzione.
Topologia di rete
IEEE 802.15.4 protocollo significa fornisce due categorie. Dispositivo completo (FFD) può essere utilizzato in qualsiasi topologia e qualsiasi altro dispositivo in grado di comunicazione e, come coordinatore PAN (coordinatore). Dispositivo funzione compatto (RFD) viene montato solo in una stella topologia forma, e non può essere utilizzata come una rete coordinatore. organizzatore solo un utente della rete può selezionare la forma appropriata a seconda del semplice ambiente di generazione modello di rete applicazione nella specifica IEEE 802.15.4, compreso l'equazione (peer-to-peer ), Star, Mesh e Multihop (Figura 4).
FIG peer to peer, stella, e topologia a maglia multi-hop
Peer to peer topologia del nodo di rete semplicemente collegare i due, ma non usare alcun intelligente per espandere le distanze di collegamento di rete. La velocità di questa rapida formazione di topologia, ma una volta che v'è un errore di nodo l'intera rete può essere spento, non c'è ridondanza disponibile dichiarazioni.
topologia a stella è esteso dalla rete radiazione simile, e grande lunghezza di trasmissione trazione tra due nodi, come nodo FFD uso generale, ed una pluralità di master può comunicare nodo RFD, ma ogni nodo è ancora solo RFD può. finché la FFD, questa topologia, anche se v'è un errore di nodo (single point of failure), l'intera rete può continuare a funzionare e le comunicazioni del router.
Maglia topologia di rete in modo che ogni nodo può passare ad altri nodi comunicano tra loro, fornendo così percorsi di comunicazione ridondanti per aumentare la forza della rete. Maglia intelligenza rete topologia di poter comunicare percorso minimo salto, riducendo così il consumo di potenza e ritardo di trasmissione questo include topologia di rete stessi (auto-Organization) meccanismo può essere adattato in risposta ai cambiamenti nell'ambiente, consentendo nodi di collegarsi alla rete o da una rete costituita da disimpegno.
affidabilità
utente IIoT è l'affidabilità e la sicurezza più importante, le organizzazioni spesso si basano su grandi cluster complessi per eseguire l'analisi dei dati, ma questi sistemi sono spesso trasmissione dei dati, l'indicizzazione, l'acquisizione dati, trasformazione, e le aree di movimentazione di carichi in cui vi sono strozzature. vogliono evitare strozzature nei cluster a valle, ciascun nodo periferico è comunicazione efficiente diventa molto importante.
ambiente industriale per la trasmissione efficiente di onde RF è estremamente duro posto. Grande, di forma irregolare, materiale metallico di materiali ad alta densità, muri in cemento, scaffalature metalliche e scomparti produrranno condizioni di trasmissione onda multipath.
Ogni onda viene emessa nella direzione dall'antenna lato trasmissione, "multipath" si riferisce alla condizione del cambiamento radiofonica waveform avviene prima che il ricevitore dopo trasmissione dai ambiente di propagazione (Propagazione ambientale) attraverso il ricevitore incidente visto in tre categorie, vale a dire Per la riflessione, la diffrazione e la dispersione, le onde trasmesse da più percorsi possono cambiare in ampiezza e fase, causando al ricevitore di destinazione la visualizzazione di segnali soggetti a interferenze costruttive o distruttive.
Accesso al canale CSMA-CA
Carrier Sense Multiple Access e Collision Avoidance (CSMA / CA) è un protocollo di comunicazione a livello di collegamento dati in cui i nodi di rete utilizzano un meccanismo di rilevamento portante: un nodo trasmette una sola volta quando rileva che un canale di trasmissione è inattivo. l'intera rete wireless di dati a pacchetto non è nascosta nodi. la Figura 5 mostra un esempio, alla trasmissione nodo periferico lontano può ancora vedere la stazione base "Y", ma non può vedere l'altro lato del nodo nell'altro campo di rilevamento nodo X o Z.
Figura 5 I nodi nascosti X e Z non possono comunicare direttamente.
Il programma di handshaking utilizza RTS / CTS per costruire un meccanismo di rilevamento della portante virtuale e deve solo inviare brevi messaggi di richiesta per trasmettere e cancellare i dati.Questo processo trasferisce dati WLAN.802.11 si basa principalmente sul rilevamento fisico della portante. IEEE802.15.4 è l'uso di un meccanismo CSMA / CA. per superare questi problemi nodo nascosto, il mix di industria RTS / CTS handshake e CSMA / CA. Ove consentito, aumentare la potenza di trasmissione di nodi nascosti in grado di allungare la distanza di osservazione.
Per migliorare cerchi banda sviluppati schema di modulazione di fase avanzata di segnale modulato di ampiezza, frequenza, o spostamento di fase in quadratura Keying (QPSK) schema di modulazione che utilizza quattro fasi, ciascuno dei simboli codificato in Due bit di dati.
Utilizzare il meccanismo di modulazione per migliorare efficacemente la larghezza di banda
Architettura ibrida modulazione in quadratura (FIG. 6), dal segnale di sfasamento per ridurre i requisiti di larghezza di banda per Binary (binario) tagliato in due bit di dati consecutivi, e ωc vettore, sinωct e funzioni triangolari cosωct La fase di quadratura è modulata.
Figura 6 Architettura di modulazione QPSK offset
Esecuzione su IEEE ricetrasmettitore banda ISM da 2,4 GHz 802.15.4 utilizza un derivato QPSK del livello fisico, chiamato compensare QPSK, O-QPSK, o sfalsati QPSK. Aggiungere un singolo bit di dati transport stream di bit (di Tbit) offset costante di tempo, i simboli di dati di offset saranno ciclo in metà del tempo, in modo da evitare la trasmissione del segnale di forma d'onda, mentre il nodo X e Y del nodo, per evitare che la forma d'onda di fase continuo sovrapporsi e interferenza (fase) non supera un positivo meno 90 gradi (fig. 7). O-QPSK che è uno svantaggio di codifica differenziale non è consentito, ma non esclude il problema di rilevamento coerente aspetti (rilevamento coerente).
Figura 7 Opzione di transizione di fase ± 90 ° (sinistra) e I / Q O-QPSK (destra)
IEEE 802.15.4 schema di modulazione utilizza un tasso simbolo ridotta della trasmissione e ricezione di dati O-QPSK con due schemi di modulazione contemporaneamente bit codificati trasmessi utilizzando rapporto symbol rate del 14: bitrate così 62.5ksymbols / sec La velocità del simbolo può raggiungere una velocità di trasferimento dati di 250 kbps.
In risposta alla crescita della rete, il meccanismo di indirizzamento è stato ampliato.
Non tutti i nodi IoT richiedono un indirizzo IP esterno In termini di comunicazioni dedicate, i nodi dei sensori dovrebbero essere in grado di supportare indirizzi IP univoci IPv4 supporta meccanismi di indirizzamento a 32 bit Questa tecnologia sviluppata decenni fa può supportare solo 4,3 miliardi. Il dispositivo, al giorno d'oggi, non è in grado di rispondere alle esigenze di Internet: IPv6 aumenta il meccanismo di indirizzamento a 128 bit e può supportare 240 volte 10 volte il 36 ° dispositivo URL globale (GUA).
Enantiomeri e la gestione dei dati da un URL, formeranno una sfida progettuale in due diversi 802.15.4 IEEE e IPv6 domini di rete. 6LoWPAN definisce il meccanismo di pacchetto e l'intestazione di compressione, in modo che i pacchetti IPv6 può passare attraverso 802.15 IEEE. 4 rete per trasmissione e ricezione.
Uno degli esempi è Thread, che è un file chiuso ma il protocollo di comunicazione senza licenza può essere eseguito su base 6LoWPAN per supportare varie applicazioni di automazione.
In risposta a questa tendenza, il dispositivo a semiconduttore, ad esempio Analog Devices List (Analog Devices,), fornirà protocolli di rete cablata supporto completo per ricetrasmettitori analogici wireless AduCx famiglia di microcontrollori e serie DSP Blackfin. Ricetrasmettitore wireless a bassa potenza ad alta potenza come modulo di programma --ADRF7242, supporta il protocollo IEEE 802.15.4, offre una velocità di trasferimento dei dati dal regime di modulazione e di più, e l'utilizzo di banda ISM universale, la velocità di trasmissione che varia da 2000 kbps a 50Kbps, e legato attraverso Normative statunitensi FCC e normative europee Certificazione standard ETSI.
Un altro ADRF7023 prodotto viene utilizzato banda ISM senza licenza in tutto il mondo, tra cui 433 MHz, 868 MHz e 915 MHz, la velocità di trasmissione da 1Kbps a 300kbps. L'azienda offre una piattaforma completa di sviluppo WSN, che consente agli utenti di progettare le proprie soluzioni personalizzate.
Ad esempio, comprendente una serie di moduli Kit piattaforma di sviluppo rapido piattaforma e può essere utilizzato per incorporare una varietà di protocolli di rete industriali. Chip wireless SmartMesh e il sensore comprende una varietà di scheda PCB modulo pre-verificato, ed è dotato di software di rete mesh, in modo che il sensore Capacità di comunicare in una varietà di ambienti industriali difficili di Internet of Things.
(L'autore è ADI Automation Energy and Sensor Product Engineering Manager) New Electronics
4. La cooperazione tecnica è l'interoperabilità chiave dell'IoT industriale per migliorare l'efficienza di implementazione IIoT;
cose Industry (IIoT) dovrebbe rivoluzionare il modo in cui le persone operano sistemi di produzione, energia e trasporti. Tuttavia, a causa di Internet di tecnologie cose costituiscono un grande e complesso, nessuna azienda può fornire la soluzione di business IIoT indipendente e completo (Figura 1).
Per una descrizione completa, consideriamo un'architettura di sistema IIoT. IIoT sistema non solo aumentare il numero di dispositivi intelligenti e sensori, e comprendente inoltre una trasmissione attraverso una gestione di rete distribuita (compresi i nodi periferici, e locale IT Drive) grandi quantità di dati (FIG. 2).
Figura 1 I progettisti di sistemi devono integrare i componenti tecnici provenienti da fonti di vari fornitori per creare i sistemi necessari per una particolare applicazione per migliorare la qualità, la resa, l'efficienza e la sicurezza.
Molti diversi sottosistemi e tecnologie nell'architettura di Figura 2 devono essere combinati per creare una soluzione completa.
Per gestire i fornitori di tutti i tipi di sottosistemi, la comunicazione non è un compito semplice, da Internet Industry Alliance (Consorzio industriale internet, IIC) Schema di stack di comunicazione che illustra bene questo punto. Non dobbiamo solo gestire più standard di comunicazione di livello e protocolli, molti dei compiti e un'arte settore verticale (ad esempio, la produzione o griglia), dispone di una serie di protocolli di standardizzare industriale (fIG. 3).
Figura 3 Esistono ancora molti M2M tradizionali implementati che utilizzano una varietà di protocolli proprietari, che devono anche essere integrati nel sistema.
L'interoperabilità è la chiave del successo
Per questo motivo, al momento di valutare i produttori IIoT della tecnologia, è un criterio chiave per l'interoperabilità, che è facile da trasferire le informazioni avanti e indietro nei confini tecnici.
Le informazioni possono essere passato attraverso quattro modi: protocollo, file di dati, i servizi Web e API nel sistema di IIoT, diverse parti del sistema può utilizzare un metodo diverso, tuttavia, l'obiettivo finale è quello di rendere possibile la comunicazione tra i sottosistemi. Diventa semplice, lascia che il progettista del sistema possa concentrarsi sulla risoluzione di problemi reali del sistema, piuttosto che risolvere i problemi causati dallo strumento.
Quindi, quali standard dovrebbero essere considerati nella valutazione dell'interoperabilità? Di solito ci sono due aspetti: apertura e partner tecnologici.
La piattaforma aperta migliora i limiti delle funzioni tecniche
L'apertura si riferisce alla facilità con cui gli sviluppatori utilizzano la piattaforma per costruire e specificare un sistema: quando si progetta un sistema IIoT con più fornitori, esistono diverse funzionalità che consentono agli utenti di programmare:
1. sostiene molti protocolli di comunicazione, comprendente una pluralità di protocolli industriali verticali quali CAN, bus di campo, OPC UA, EtherCAT, Modbus e IEC-61850.
2. Supporta più tipi di file di dati.
3. Software Development Kit (SDK) e Module Development Kit (MDK), come l'SDK di PTC per la piattaforma ThingWorx.
4. Sistema operativo in tempo reale open source, come NI Linux Real-Time.
5. API aperte ed estensibili.
6. Plug-in e accessori, come LabVIEW Cloud Toolkit per Amazon Web Services.
Queste funzioni offrono una varietà di opzioni di comunicazione dati cross-tecniche, che possono evitare che gli ingegneri di sistema cadano in colli di bottiglia di progettazione a causa dello sviluppo del sistema.Le piattaforme aperte aiutano a migliorare i limiti delle funzioni tecniche o le limitazioni di supportare solo uno o due protocolli di comunicazione.
Trovare partner tecnologici
Inoltre, le partnership tra i fornitori possono fornire servizi integrati che riducono ulteriormente il rischio di integrazione delle tecnologie adiacenti.Tra le iniziative congiunte come la piattaforma di test IIC, le aziende partecipanti stanno integrando tecnologie da più campi e previsioni Manutenzione, tipica architettura di riferimento di applicazioni IIoT per la comunicazione e il controllo della smart grid.
Queste partnership possono essere dimostrate attraverso dimostrazioni tecnologiche presso i laboratori NI Industrial IoT. La dimostrazione esegue il monitoraggio dello stato delle risorse su una pompa e incorpora diverse tecnologie di vendor, tra cui:
1. Flowserve - Soluzione del sistema di controllo del flusso (Figura 4)
Figura 4 Soluzione del sistema di controllo del flusso Flowserve
2.Hewlett Packard Enterprise: Deep Edge Computing e Remote Management
3.NI (National Instruments) - Acquisizione dati e estrazione di feature
4.PTC - Piattaforma IoT, comprese le funzionalità di analisi e Augmented Reality (AR) per i sistemi aziendali
5.OSIsoft - Libreria di gestione dati e cronologia
I leader aziendali dovrebbero essere cauti nei confronti dei fornitori che pretendono di fornire soluzioni IIoT complete, poiché un sistema IIoT completo comprenderà componenti provenienti da molti settori della tecnologia, dall'acquisizione dei dati alla realtà aumentata. I partner devono essere consapevoli delle tecnologie vicine e padroneggiare l'importanza di un'integrazione efficace e collaborare attivamente con altri fornitori.
(Questo articolo è per NI Product Marketing Engineer) New Electronics
5. I ricercatori hanno creato il chip elettronico più freddo al mondo
professore Università di Basilea Dominik Zumbühl ei suoi colleghi sono riusciti a temperatura del chip nanoelettronica raffreddati a 2,8 milli-Kelvin, che è di circa meno 273,15 gradi Celsius, i ricercatori hanno detto: 'raffreddamento magnetico si basa sul principio che quando un campo magnetico esterno è gradualmente ridotta Ore, il sistema si raffredderà gradualmente, evitando il flusso di calore esterno.
'Prima che il campo magnetico viene diminuita, necessaria per assorbire il calore generato dalla magnetizzazione altrimenti off per ottenere un raffreddamento efficace magnetico. È così che successo truciolo nanoelettronico stata raffreddata a 2,8 millisecondi gradi Kelvin, ottenendo così un record bassa temperatura Metodo. '
Il professor Zumbühl ei suoi colleghi combinano questi due sistemi di raffreddamento, entrambi basati sul raffreddamento magnetico.
Sono tutte elettricamente conduttivo circuito 150 è collegato ad un micro gradi Kelvin raffreddamento (da meno di un millesimo di zero gradi assoluti).
Essi saranno poi applicate direttamente al secondo chip sistema di raffreddamento stesso, e in una Coulomb strutture termometro blocco termometro e materiali è possibile 2,8 milli-Kelvin raffreddamento magnetico.
Professore Zumbühl detto: "Uniamo due sistemi di raffreddamento, il chip può essere abbassata a 3 mm o meno gradi Kelvin (circa meno 273,15 gradi Celsius) ottimistica che possiamo usare lo stesso modo per ottenere 1 mM gradi Kelvin '.
Gli scienziati dicono: 'Siamo stati in grado di mantenere il chip in sette ore di ultra-bassa temperatura, che è abbastanza buoni scienziati avranno tutto il tempo per esplorare una serie di esperimenti, che vi aiuterà a capire la fisica del tempo che si avvicinano allo zero assoluto.' Fast Scienza e tecnologia
