1.Android camp 3D, ощущающий внутренние и внешние трудности, MediaTek и присоединение к игре;
Согласно новостям микро-сети, в прошлом году iPhone iPhone X был оснащен функцией Face ID, что вызвало серьезную обеспокоенность отрасли в отношении 3D-чувствительности. В этом году ожидается, что производители мобильных устройств для Android, такие как Huawei и Xiaomi, будут следить за ними. Исследовательский институт Tuoba ожидает, что к 2020 году Выходное значение глобального интеллектуального модуля 3D-смартфонов достигнет 10,85 млрд. Долларов США.
Ранее зарубежные СМИ сообщали, что нынешняя поставка устройств с сенсорным ключом VCSEL по-прежнему недостаточна. Самое быстрое время до 2019 года, функция 3D-зондирования имеет возможность использовать на смартфонах Android. Pierre MEMS и директор по исследованиям в области технологий обработки изображений Yole Developmentpement market research Institute Pierre Cambou сказал, что, поскольку технология Apple TrueDepth для камеры устанавливает высокий порог, он предсказывает, что другим конкурентам может потребоваться более года, чтобы обеспечить iPhone 3 сопоставимой 3D-технологией. Поэтому на этом этапе в Android-лайнере выбирается программа идентификации отпечатков пальцев под экраном. Например, выпущенный Vivo X20 Plus UD, а также выпуск проса 7, Meizu 16, Samsung Note 9 и т. Д.
Несмотря на это, ожидается, что лагерь Android по-прежнему будет отслеживать и переносить модуль 3D-зондирования.
Самой важной и сложной частью технологии 3D-зондирования является ее способность точно измерять расстояния, а различные алгоритмы формируют патентные барьеры, которые также вызывают небольшую разницу в компонентах каждого трехмерного сенсорного модуля. Технологии зондирования включают Stereo Vision, Structured Light и Time of Flight (ToF).
В дополнение к Lumentum / II-VI лагеря Apple, в поставщике технологий 3D-технологий не так много поставщиков с полными решениями (способными предоставить модули). В настоящее время 3D поставляется. Контрольный модуль предназначен для лагеря Google для мобильных телефонов. IR CIS и Infineon OEM спроектированы немецким PMD. Ключевым VCSEL является компания Princeton Optronics. Еще один лагерь - это решение Qualcomm + Himax (Qijing Optoelectronics) от Qualcomm и Чип-дизайн Wonderscape обеспечивает оптические устройства WLO и DOE.
Решение Qualcomm + Himax в настоящее время является зрелым решением для Android 3D. Himax осваивает основные алгоритмы решения и возможности проектирования и производства оборудования, а также предоставляет полностью интегрированное решение для трехмерных зондирования для структурированных световых модулей (SLiM, Structured Light Module). Электронный отчет Himax участвовал в разработке большинства компонентов, самодельных, в том числе домашних DOE и WLO, ASIC, CIS, ИС лазерного излучателя и интеграции всего Tx-модуля, в котором ASIC встраивает высокоскоростную 3D-карту глубины Алгоритм. В то же время Himax также самостоятельно разработал оборудование AA для сборки Tx. Ожидается, что мощность SLiM (структурированного света) достигнет 2 кк / месяц в конце 18Q1, которая в основном переваривается брендами мобильных телефонов на материке. В дополнение к SLiM, Himax в настоящее время предоставляет 3D для своих клиентов. Чувствительные компоненты / решения включают в себя WLO (для Apple), Qualcomm + Himax SLiM (для высокопроизводительной машины Android), решение для бинокулярного зрения (для Android с низким уровнем обслуживания), WLO имеет массовое производство. Программа бинокулярного зрения применяется в основном двумя камерами Имитируйте 3D-зрение и используйте закодированный свет, чтобы улучшить информацию о глубине изображения. Решение 3D-чувствительности для бинокулярного зрения Химакса предназначено для компьютеров Android с низким и средним диапазоном по цене менее 10 долларов США.
Химакс является ведущим производителем микросхем драйвера дисплея на Тайване. С момента своего запуска в США в 2006 году он продолжал расширять новые области исследований и разработок, включая датчики изображения CMOS, микродисплеи LCOS и т. Д., А затем присоединился к Qualcomm для ввода 3D-измерений, в том числе по размерам Rx-side CIS. Это всего лишь 20% обычных мобильных модулей СНГ, более 33 000 проекционных точек и частота ошибок менее 1% в диапазоне от 20 до 100 см. Можно сказать, что это самое высокое качество 3D-решения SLiM в лагере Android. Кроме того, Himax начал поставки продукции WLO в Apple во второй половине прошлого года. Последующая вспышка SLiM и быстрое развитие всей отрасли также приведут к быстрому росту продуктов WLO компании.
Haitong Electronic Research сообщила, что у Himax есть потенциал для предоставления полного набора решений и участия в большинстве разработок или производства основного устройства, в основном на основе его глубокого накопления в области датчиков NIR CMOS, высокоточных производственных возможностей в WLO / DOE и других устройствах. Химакс обладает способностью собирать и тестировать модули лазерного излучателя, обладает глубокими знаниями в области 3D-зондирования. Является ли это зрелостью программы, графиком производства или основными алгоритмами, дизайном компонентов и дизайном программ, Himax находится на переднем крае лагеря Android. Ожидается, что он в полной мере насладится праздником индустрии.
Основными поставщиками VCSEL доминирует Apple, а лагерь Android - на втором месте
Сравнивая цепочку поставок решений iPhone и Qualcomm + Himax, мы видим, что ключевыми компонентами 3D-зондирования являются VCSEL, которые обычно используются ToF и Structured Light, и Edge-Emitting Laser (EEL) - это еще один Одно из решений, однако, заключается в том, что VCSEL имеют лучшее качество луча, более низкое расхождение лучей, более низкое потребление энергии и больший размер модуля. IPhone использует VCSEL, а Qualcomm + Himax использует EEL.
ВИЛ с использованием процесса производства полупроводников, Apple лагерь с 6-дюймовых GaAs пластин резки, чтобы сделать, но отрасль может достигать шести дюймов массового производства не многие производители, другие поставщики VCSEL теперь производят большую часть энергии составляет 4 дюйма, а меньшинство С 3-х сантиметрами общая ситуация с предложением и спросом на рынке жесткая, и это также влияет на скорость, с которой лагерей не-Хилтон могут импортировать технологию 3D-зондирования.
Кроме того, одним из основных поставщиков VCSEL Lumentum существует между патентным соглашением Apple, делают Android лагерь Ruoyu последующего раунд может только выбрать ВИЛ и угорь в краткосрочной перспективе, однако плохой угорь эффективность фотоэлектрического преобразования и высокую стоимость, что сделает Android лагерь 3D зондирования схема еще трудно конкурировать по стоимости и эффективности с Apple. относительно общей фронтальная камера, оснащенная воспринимая модуль 3D будет стоить дополнительно $ 20 до $ 25 Huawei, OPPO, естественные, просо и другие производители мобильных телефонов Планируется не преследовать большое количество моделей высокого класса, и только модель mainstream можно использовать только после существенного снижения стоимости. Ожидается, что она будет ждать до 2019 года.
По Pu Tuo научно-исследовательский институт промышленного отметил, что консервативная оценка до 2018 года только двух производителей Android может следовать, включая Huawei, а также призывает к высокому просу, но количество продукции не будет слишком много, так что Apple, будет по-прежнему мобильный телефон 3D зондирования крупнейшие усыновителей. 2018 глобальный оснащен 3D воспринимая модуль общего объема производства смартфонов достигнет 197 миллионов, которых iPhone, приходящихся на 165 млн. Кроме того, 2018 3D зондирования модуль оценивается рыночная стоимость около 5,12 млрд. Долларов США, из которых доля iPhone составляет 84,5%.
Три основных проблемы: производственные мощности, доходность и стоимость. MediaTek готов к присоединению.
С одной стороны, быстро растущий спрос на рынке, с одной стороны, пропускная способность решения Qualcomm + Himax не может быть далека от удовлетворения. С другой стороны, проблема отладки модуля 3D-зондирования также является проблемой. Согласно отраслевой цепочке в начале года на модульной установке есть несколько 3D-камер. После того, как модуль отправил образцы Qualcomm в течение одного или двух месяцев, он все еще не получил сигнал о завершении ввода в эксплуатацию. Производители модулей должны ждать, ожидая их, и постоянно повышать скорость выхода. Некоторая задержка.
В настоящее время основной чип модуля 3D-зондирования в Android-клубе в основном предоставляется Qualcomm. В условиях огромного рыночного потенциала MediaTek уже готов к вступлению. Сообщается, что MediaTek также намерен присоединиться к 3D-зондированию с ролью поставщика APU, намереваясь использовать сверточную нейронную сеть. (CNN) - похоже на нейронный двигатель Apple - для поддержки биометрической идентификации. Инсайдеры заявили, что MediaTek будет объединен с 3D-камерой, разработанной Опи Чжунгуаном, чтобы обеспечить ускоритель CNN для Xiaomi в будущем.
В этом году MWC MediaTek продемонстрировала мобильную трехмерную сенсорную камеру, а новая чип-платформа P-серии будет поддерживать сенсорную камеру Aobi Zhongguang 3D. В 2016 году MediaTek занял Ophir Zhongguang, Технология 3D-датчиков последнего полностью адаптирована. Через два месяца после выпуска iPhone X Aobi Zhongguang отправил модуль производителям мобильных телефонов MediaTek и домашним TOP 3, таким образом, Opie Zhongguang Также стал первым китайским производителем, который отправил пробную телефонную 3D-камеру.
Кроме того, еще одна крупная проектная компания IC на Тайване также выкопала несколько сотрудников R & D от Qijing Optical. Это все основные участники первоначального проекта разработки Google Glass.
Qualcomm + Himax, MediaTek + Obizhong Zhongguang и комбинация вхождения последнего в игру могут сделать технологию 3D-зондирования в лагере Android еще более продвинутой. Будет ли индустрия так же хороша, как и iphone X? Промышленность будет ждать и видеть.
2. Пропустите три новых стандарта распознавания лиц iPhone;
Установив новости о микросетевых сетях, Apple объявила о трех новых iPhone в этом году, почти станет предрешенным, наиболее обеспокоенным является первый раз, когда iPhone 3 появится в 3D-распознавании распознавания лиц, ожидается, что в этом году он будет импортирован в стандартное оборудование на всех трех новых самолетах.
В большинстве прошлых 3D-зондов используются ИК-индикаторы для обнаружения, но точность по-прежнему трудно удовлетворить требованиям смартфонов. Apple использует более точную технологию VCSEL (вертикальная резонаторная полость-лазеров), в состав чувствительных компонентов которой доминируют Lumenum, Finisar. Разработка, новая для обеспечения эпитаксиального, стабильного, Hong Jieke отвечает за OEM, а затем создает экосистему, воспринимающую 3D.
Недавно индустрия распространила несколько снимков шпиона из трех новых iPhones. На всех экранах есть «челки», что означает, что система распознавания лиц может стать стандартом.
Рынок уже поговаривал, что новый iPhone будет построен на полноэкранном дизайне в этом году, и у него будет форма «челка» и функция Face ID, которая поможет популярным приложениям 3D-зондирования, что также поможет рыночному спросу на GaAs. Двойной рост.
После того, как iPhone X был включен в конце прошлого года, приложение распознавания лиц стало одним из самых популярных новых приложений для смартфонов, а ключевые компоненты 3D-компонентов, которые реализуют это приложение, были расценены рынком как самая неловкая индустрия в этом году.
3. Стабилизация связи реберных узлов в качестве основной задачи IIoT реализует интегр.
Промышленно-сетевые машины могут воспринимать широкий спектр информации, которая может быть использована для принятия ключевых решений в среде Industrial Internet of Things (IIoT). Датчики, расположенные в пограничных узлах, могут быть далеки от любой точки агрегирования данных в процессе. В середине он должен быть связан через шлюз, и этот шлюз в основном отвечает за передачу граничных данных в сеть.
Датчики формируют переднюю часть системы IIoT. Мы измеряем данные и преобразуем воспринимаемую информацию в количественные данные, такие как давление, смещение или количество оборотов. После фильтрации данных выбирается самая ценная информация. Затем он отправляется обратно от узла к серверной системе для обработки. Соединение с низкой задержкой позволяет системе принимать критические решения сразу после получения критических данных.
Кромные узлы обычно должны быть подключены к сети через проводные или беспроводные сенсорные узлы (WSN). В этой цепочке сигналов целостность данных по-прежнему очень важна. Если связь не является непрерывной, провод прерывается или ухудшается качество, оптимизируя измерение и измерение. Данные не имеют никакого значения. При проектировании архитектуры системы первым соображением является надежный протокол связи. Лучший выбор зависит от требований к каналу, включая расстояние, пропускную способность, мощность, интероперабельность, безопасность и надежность. секс.
Проводная промышленная связь играет ключевую роль в технологиях, которые требуют онлайновой стабильности, такой как EtherNet / IP, KNX, DALI, PROFINET и ModbusTCP. Диапазон настройки Узлы датчиков в каждом углу установки используют беспроводные сети и шлюзы. Связь, и шлюз опирается на проводную инфраструктуру для связи с основной системой.
Узлы датчиков должны иметь сетевые возможности
В будущем только несколько сетевых узлов IoT будут использовать только проводную связь. Большинство из этих устройств будут использовать беспроводные сети. Высокоэффективная промышленная стратегия привязки IoT должна позволять размещать датчики везде, где может быть обнаружена ценная информация. В области, где установлены устройства связи и питания.
У узла датчика должен быть способ связи с сетью. Если протоколы связи более высокого порядка, сопоставленные с этим типом канала с помощью инфраструктуры IoT, ожидается, что проводная коммуникационная часть будет по-прежнему следовать сети Ethernet. Сеть Ethernet настроена с 10 Мбит / с. Обнаруживает скорость передачи данных выше 100 Гбит / с. Компоненты скорости более высокого порядка обычно ориентированы на магистральную линию между подключением к Интернету и кластеру сервера облачного сервера.
Промышленные сети, такие как KNX, которые медленнее, используют витую пару для передачи дифференциальных сигналов, используют 30 вольт электроэнергии и имеют общую пропускную способность 9600 бит / с. Поскольку каждый сегмент может поддерживать ограниченное количество адресов (256), Таким образом, механизм адресации может поддерживать до 65536 устройств. Максимальное расстояние передачи каждого сегмента сети составляет 1000 метров. Пользователь может выбрать настройку ретранслятора. Каждый ретранслятор поддерживает до четырех сегментов сети.
Промышленная среда Беспроводные сети сталкиваются с несколькими вызовами
Когда проектировщики беспроводной сети IIoT рассматривают, какие коммуникационные и сетевые технологии будут приняты, они столкнутся со многими проблемами. Они должны учитывать следующие ограничения с более высокой позиции:
Дальность передачи
Прерывистая или непрерывная ссылка
ширина полосы
мощность
Interoperability
безопасности
надежность
Дальность передачи
Так называемое расстояние здесь относится к расстоянию, пройденному данными, передаваемыми подключенным устройством IIoT. В локальной сети (PAN) на коротких расстояниях имеется расстояние передачи измерительного класса (рис.1), например технология Bluetooth Low Energy (BLE) Локальная сеть (ЛВС) с расстоянием передачи в несколько сотен метров может использоваться для установки различных автоматических датчиков в одном здании. Что касается широкополосной сети (WAN) с расстоянием передачи в несколько километров, Его применение включает установку различных сельскохозяйственных сенсоров на обширной ферме.
Рисунок 1 Беспроводная связь малого радиуса действия
Выбранный сетевой протокол должен соответствовать расстоянию передачи, требуемому в контексте промышленного IoT. Например, для приложения с локальной сетью на расстоянии нескольких десятков метров мобильная сеть 4G не подходит с точки зрения сложности и мощности. Когда расстояния передачи данных оспариваются, краевые операции являются жизнеспособной альтернативой. Мы можем выполнять анализ данных непосредственно на граничных узлах без необходимости отправки данных обратно в основную систему для обработки.
Интенсивность мощности передающих радиоволн обратно пропорциональна квадрату расстояния передачи. Интенсивность мощности сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния, пройденного радиоволнами, поэтому, когда расстояние передачи удваивается, мощность радиосигнала, принимаемая приемным концом, составляет лишь одну четверть от исходной мощности. Для каждого увеличения мощности выходного сигнала на 6 дБм расстояние передачи удваивается.
В идеальном безбарьерном пространстве передачи обратный квадратный закон является единственным фактором, влияющим на дальность передачи. Однако расстояние передачи в реальном мире ослабляется из-за препятствия на пути передачи объектов, таких как стены, ограждения и заводы.
Кроме того, влажность воздуха также поглощает радиочастотную энергию. Металлические объекты отражают радиоволны, в результате чего вторичные сигналы поступают в приемник в разные моменты времени, а дополнительные потери мощности также могут вызывать разрушительные помехи.
Чувствительность радиоприемника определяет максимальные потери в тракте распространения. Например, в полосе частот 2,4 ГГц для промышленных / научных / медицинских (ISM) минимальная чувствительность приемника составляет -85 дБм. Радиочастотное излучение распространяется равномерно во всех направлениях, контурах интенсивности. Сформирует сферу (A = 4πR2), где R - расстояние от отправителя до приемника, в метрах. Согласно формуле передачи Friis, Free Space Loss (FSPL) и отправителю и приемнику Квадрат расстояния между ними и квадрат частоты радиосигнала пропорциональны.
В формуле Pt = мощность передачи в ваттах, S = мощность на расстоянии R.
В формуле Pr = принятая мощность в ваттах.
λ (длина волны сигнала передачи, в метрах) = c (скорость света) / частота f (Гц) = 3 × 108 (м / с2) / f (Гц) или 300 / f (МГц)
Где f = частота передачи
Если известны частота передачи и расстояние, подлежащее передаче, данные передачи и приема могут быть рассчитаны в соответствии с FPSL. Бюджет ссылок показан в уравнении 1.
Принятая мощность (дБм) = Передаваемая мощность (дБм) + коэффициенты усиления (дБ) ... Формула 1
Полоса пропускания и ссылки
Полоса пропускания относится к скорости передачи данных в единицу времени. Полоса пропускания ограничивает максимальную скорость, с которой узлы датчиков IIoT собирают данные и передают данные. Рассматриваемые факторы следующие:
Общий объем данных, генерируемых каждым устройством через определенный промежуток времени.
Количество узлов, развернутых и агрегированных для шлюза.
Учитывая непрерывный или прерывистый режим передачи пиков, сколько доступной полосы пропускания необходимо для удовлетворения пикового спроса.
Размер пакета сетевого протокола должен соответствовать объему переданных данных. Если пакет передачи заполнен пустыми данными, эффективность этого протокола невысока. Однако более крупный пакет делится на несколько меньших пакетов данных и передается отдельно. Плата за ресурсы. Устройство IIoT не подключается к сети в любое время, но оно будет отключено только после отправки данных через определенные промежутки времени, чтобы сэкономить ресурсы мощности или полосы пропускания.
Мощность и функциональная совместимость
Если устройство IIoT, использующее аккумулятор, должно экономить электроэнергию, устройство должно немедленно переключиться в спящий режим, как только он будет работать. Мы можем начать регулировать режим энергопотребления устройства в соответствии с различными условиями сетевой нагрузки, что поможет устройству подавать питание. Емкость аккумулятора можно согласовать с мощностью, необходимой для передачи необходимых данных.
Возможность взаимодействия между различными узлами в сети неизбежно станет серьезной проблемой. Традиционный подход отрасли заключается в использовании стандартных протоколов проводной и беспроводной связи для обеспечения совместимости в Интернете. Новые продукты IIoT из-за необходимости сотрудничать с новыми Освободите быстрый темп технологий, и работа, которая ведет к стандартизации, чревата трудностями. Индустриальная система IIoT основана на лучших технологиях, и эти технологии связаны с коммерчески доступными решениями. Если технология широко принята , то вероятность достижения долгосрочной совместимости будет выше.
безопасности
Безопасность сети IIoT играет важную роль в системе по трем аспектам: конфиденциальность, целостность и аутентичность. Чтобы поддерживать конфиденциальность, сетевые данные должны быть в хорошо известной структуре и не могут быть пропущены на внешние устройства или извне. Перехват устройства.
Чтобы поддерживать целостность данных, содержимое сигнала должно оставаться таким же, как и когда оно было отправлено, и не может быть изменено, а информация может быть сокращена или добавлена. Что касается поддержания подлинности, то прием данных должен определяться из предполагаемого источника, за исключением других источников. Сообщениями и ложными узлами для ложной связи являются примеры потери подлинности.
Даже безопасные беспроводные узлы, когда-то взаимодействующие с небезопасными шлюзами, могут создавать лазейки, которые позволяют людям с намерением получить нарушение злоумышленника. Временные метки времени могут помочь определить, прошел ли сигнал скачкообразной перестройки частоты. И повторная передача через боковой канал (боковой канал). Временные метки также могут использоваться для правильной реорганизации неактивных данных ключа, позволяя пакетам проходить через многочисленные некоординированные датчики и затем восстанавливать исходные данные.
Поддержка безопасности стандарта шифрования AES-128, спецификации AES-128/256 в IEEE 802.15.4 и IEEE 802.11. Управление ключами, искаженное генерирование (RNG) и список контроля доступа к сети (ACL) Все это помогает повысить уровень безопасности сети связи.
Полосы
Некоторые беспроводные датчики IoT будут использовать радиочастотный диапазон в инфраструктуре мобильного телефона. Однако такие датчики обычно являются устройствами с высоким потреблением энергии. Одним из примеров является система связи с транспортным средством. Если такая система хочет собирать информацию о действиях С другой стороны, многие другие маломощные промышленные приложения используют нелицензированные полосы в ISM-диапазоне.
Стандарт беспроводной связи IEEE 802.15.4 с низким энергопотреблением является идеальной технологией для многих критически важных приложений IoT. Используемые полосы частот включают в себя полосы частот ISM с частотой 2,4 ГГц, 915 МГц и 868 МГц. Всего доступно 27 каналов для многочастотного скачкообразного изменения частоты. Используйте (Таблица 1).
Нелицензированные полосы, доступные во всем мире, имеют несогласованную поддержку на физическом уровне. Европа обеспечивает каналы канала Channel 600 с частотой 600 кГц на частоте 868 МГц, в то время как Северная Америка предлагает полосы шириной 10 2 МГц на частоте 915 МГц. Обеспечивает 5-мегагерцовый канал 11 до канала 26 на частоте 2,4 ГГц.
Низкое энергопотребление Bluetooth обеспечивает решение с очень низким потреблением энергии. Низкая энергия Bluetooth не подходит для передачи файлов и подходит для передачи небольших объемов данных. Одним из преимуществ низкой энергии Bluetooth является то, что уровень проникновения намного выше, чем у других конкурентов. Широко интегрированы в различные мобильные устройства. Характеристики Bluetooth 4.2 с использованием частотного диапазона ISM 2,4 ГГц, расстояние передачи от 50 до 150 метров, использование механизма модуляции с частотным сдвигом Гаусса (гауссова) может обеспечить скорость передачи данных 1 Мбит / с.
При определении оптимальной частоты использования для решения IIoT следует учитывать преимущества и недостатки решения ISM 2,4 ГГц:
преимущество
В большинстве стран нет необходимости получать лицензию.
Такое же решение можно продавать на разных рынках.
Полоса пропускания 83,5 МГц достаточно для разделения на несколько каналов и передается по нескольким каналам для достижения высокой скорости передачи данных.
Рабочий цикл может достигать 100%.
Размер антенны меньше, чем антенна диапазона 1 ГГц.
недостаток
При той же выходной мощности дальность передачи короче полосы 1 ГГц.
Высокая проницаемость генерирует много сигналов помех.
Протокол связи
В системе связи набор правил и стандартов будет использоваться для регулирования того, как формируются данные и как управлять обменом данными. Например, модель Open Systems Interconnection (OSI) делит связь на несколько функциональных уровней, чтобы облегчить людям сбор и расширение. Межсетевая сеть. Модель OSI разделена на 7 уровней (рисунок 2), включая объект (PHY), канал передачи данных, сеть, передачу, разговор, выражение и разбиение приложений.
Рисунок 2 Модель OSI и TCP / IP
Стандарты IEEE 802.15.4 и 802.11 (Wi-Fi) определяют подуровень и физический уровень канала управления доступом к среде передачи данных (MAC). Базовые станции 802.11, которые близки друг к другу, могут использовать один из неперекрывающихся каналов, соответственно, для уменьшения эффектов помех ( Рисунок 3). Механизм модуляции, используемый 802.11g, представляет собой мультиплексирование с ортогональным несущим частотным разделением (OFDM). Ниже мы рассмотрим более сложный механизм, чем IEEE 802.15.4.
Рисунок 3 Глобальный общий физический уровень IEEE 802.15.4 Канал 11 - Канал 26 и каналы IEEE 802.11g Канал 1 - Канал 14
Канальный уровень обеспечивает механизм для преобразования радиосигналов в битовые данные и преобразования битовых данных в аналоговые сигналы. Этот уровень также отвечает за выполнение надежной связи и управление операциями доступа к радиоканалу. Сетевой уровень отвечает за управление данными в сети. Пути и адреса выполняются на этом уровне. Протокол IP (IP) отвечает за предоставление IP-адресов, а также передачу IP-пакетов с одного узла на другой.
Когда сеанс приложения запускается на обоих концах сети, транспортный уровень будет генерировать соответствующую программу обмена сообщениями. Эта конструкция позволяет устройству одновременно запускать несколько приложений, и каждое приложение использует свой собственный канал связи. Соединение в Интернете Большинство сетевых устройств используют протокол управления передачей (TCP) в качестве протокола передачи по умолчанию.
Уровень приложения отвечает за формат и управление данными, позволяя конкретному приложению конкретного узла оптимизировать поток транспортных данных. Одним из самых популярных протоколов уровня приложений в стеке TCP / IP является протокол передачи гипертекста (HTTP). Этот протокол был разработан для передачи данных через Интернет.
Правило FCC Part 15 Федеральной комиссии связи США ограничивает эффективную мощность передачи полосы ISM до 36 дБм. Одним из исключений является использование фиксированной двухточечной связи в полосе 2,4 ГГц, которая может использовать антенну с коэффициентом усиления 24 дБи и мощностью передачи 24 дБм, чтобы обеспечить ее эффективность. Изотропная радиочастотная мощность (EIRP) до 48 дБм. Мощность передачи должна быть не менее 1 мВт. Для того чтобы частота передачи пакетов составляла менее 1%, чувствительность приемника должна была получать сигнал -85 дБм в диапазоне 2,4 ГГц и принимать 868 МГц. Сила сигнала -9 дБм в диапазоне 915 МГц.
Старое здание или новые настройки земли
Промышленный IoT должен поддерживаться большим количеством проводных и беспроводных стандартов, прежде чем его можно будет ввести в эксплуатацию. Однако для построения IIoT с использованием существующих сетевых систем не так много текущих вариантов. Новые интегрированные решения IIoT должны быть настроены для интеграции в сетевую среду.
Greenfield - создать новую систему с нуля в совершенно новой среде. Никаких ограничений и ограничений, налагаемых старым оборудованием, не будет. Например, чтобы построить новый завод или склад, подумайте над установкой решений IIoT в стальной конструкции здания. Для достижения наилучшей производительности.
Более старые объекты (Brownfield) установили сеть IIoT в существующей инфраструктуре, и проблемы будут более серьезными. Старая сеть может не подходить для запуска IoT, но новая система IIoT должна быть установлена с любыми Системы сосуществуют, и эти старые системы часто являются источником сигналов радиопомех. Разработчики должны унаследовать ограничения старой среды, включая аппаратное обеспечение, встроенное программное обеспечение и предыдущие проектные решения. Процесс разработки становится крайне утомительным. Тщательно и тщательно анализировать, проектировать и тестировать.
Сетевая топология
Протокол IEEE 802.15.4 предоставляет два класса устройств: полнофункциональное устройство (FFD) может использоваться в любой топологии и может связываться с любым другим устройством в качестве координатора PAN. RFD может быть установлен только в звезду. Топология и не может использоваться в качестве сетевого координатора. В простой среде настройки спецификации IEEE 802.15.4 требуется только один сетевой координатор. Пользователь может выбрать подходящую сетевую модель на основе формы заявки, включая одноранговую ), Star, Mesh и Multihop (рисунок 4).
Рисунок 4 Точка Peer to peer, звезда, сетка и многопериодная топология
Топологическая сеть одноранговой сети просто связывает два узла, но не использует какой-либо интеллект для расширения расстояния между сетями. Этот тип топологии быстро настраивается, но после сбоя узла вся сеть будет отключена, и избыточности вообще не будет. заявления.
Звездообразная топология расширяет расстояние радиальной сети и увеличивает длину передачи между двумя узлами. Как и в случае узла FFD, ведущий может связываться с несколькими RFD-узлами, но каждый RFD-узел остается только Может связываться с маршрутизатором. Пока это не FFD, даже если в этой топологии есть одна точка отказа, вся сеть может продолжать работать.
Топология сетчатой сети позволяет любому узлу пропускать другие узлы для связи друг с другом, тем самым обеспечивая избыточные пути связи для увеличения прочности сети. Интеллектуальная сеть топологии сетки может связываться с наименьшим шагом перехода, чтобы уменьшить потребление энергии и задержку передачи. Эта топология с механизмом самоорганизации может адаптироваться к изменениям в среде, позволяя узлам присоединиться или выйти из сети свободно.
надежность
Пользователи IIoT больше всего озабочены надежностью и безопасностью. Организации часто полагаются на большие и сложные кластеры для анализа данных, но эти системы часто имеют узкие места в передаче данных, индексировании, сборе данных, преобразовании и обработке нагрузки. Чтобы избежать узких мест в соседних кластерах, для каждого пограничного узла очень важно эффективно общаться.
Промышленная среда - очень суровое место для высокоэффективной передачи радиоволн. Крупномасштабные, нерегулярные формы, оборудование с высокой плотностью металла, цементные стены, отсеки и металлические полки будут производить многоканальную радиопередачу.
Радиоволны излучаются от передающей антенны во всех направлениях. «Многоканальный» относится к ситуации, когда форма волны изменяется после распространения радиоволн через окружающую среду (распространение окружающей среды). Падающие волны, наблюдаемые приемником, делятся на три категории. Для отражения, дифракции и рассеяния волны, передаваемые по нескольким путям, могут изменяться по амплитуде и фазе, заставляя получателя-получателя видеть сигналы, которые подвержены конструктивным или разрушительным помехам.
Доступ к каналу CSMA-CA
Множественный доступ к несущей и предотвращение столкновений (CSMA / CA) - это протокол связи уровня канала передачи данных, в котором сетевые узлы используют механизм обнаружения несущей. Узел передает только один раз, когда обнаруживает, что канал передачи простаивает. Все данные пакета. Скрытые узлы в беспроводной сети не находятся в пределах диапазона обнаружения других узлов. На рисунке 5 показан пример, где узлы, расположенные далеко от края передачи, могут видеть базовую станцию «Y», но не могут видеть другой узел. X или Z.
Рисунок 5 Скрытые узлы X и Z не могут напрямую связываться.
Программа Handshaking использует RTS / CTS для создания механизма обнаружения виртуальных несущих. Ему нужно только отправлять короткие сообщения для передачи и очистки данных. Этот процесс передает данные WLAN. 802.11 в основном полагается на физическое распознавание несущей. IEEE802.15.4 использует механизм CSMA / CA. Чтобы преодолеть эти проблемы с скрытыми узлами, индустрия смешивает рукопожатия RTS / CTS и CSMA / CA. Когда условия позволяют, увеличение мощности передачи скрытых узлов может удлинить наблюдаемое расстояние.
Для улучшения полосы частот были разработаны различные усовершенствованные механизмы модуляции для модуляции фазы, амплитуды или частоты сигналов. Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK). Этот механизм модуляции использует четыре фазы для кодирования каждого символа в Два бита данных.
Используйте механизм модуляции для эффективного повышения пропускной способности
Ортогональная модуляция использует гибридную архитектуру (рис. 6) для уменьшения требований к пропускной способности сигнала путем сдвига фаз. Двоичные данные разделяются на два последовательных бита с помощью функции ωc, sinωct и cosωct тригонометрические функции. Квадратурная фаза модулируется.
Рисунок 6 Структура смещения QPSK смещения
Приемопередатчики IEEE 802.15.4, работающие в диапазоне ISM 2,4 ГГц, используют физический уровень, полученный из QPSK, который называется смещенным QPSK, O-QPSK или чередуемым QPSK. В бит-транспортный поток добавляется один бит данных (Tbit). Постоянная времени смещения, которая сдвигает данные на половину периода символа, чтобы избежать одновременной передачи сигналов сигналов в узле X и узле Y, предотвращая перекрытие формы волны и создавая помехи. Постоянная разность фаз никогда не будет превышать положительное значение. Отрицательный 90 градусов (рис. 7). Одним из недостатков O-QPSK является то, что он не допускает дифференциального кодирования, но он устраняет проблему когерентного обнаружения.
Рисунок 7 Фазовый переход ± 90 ° (слева) и I / Q Опция O-QPSK (справа)
Механизм модуляции, принятый IEEE 802.15.4, уменьшает скорость передачи символов для передачи и приема данных. Механизм модуляции O-QPSK передает одновременно два кодированных бита с использованием скорости передачи символов от 1 до 4: бит. Поэтому 62,5 ксимволов в секунду Скорость передачи символов может достигать скорости передачи данных 250 кбит / с.
В ответ на рост сети механизм адресации был расширен.
Не все узлы IoT требуют внешнего IP-адреса. Что касается выделенной связи, узлы датчиков должны поддерживать уникальные IP-адреса. IPv4 поддерживает 32-битные механизмы адресации. Эта технология, разработанная десятилетиями назад, может поддерживать только 4,3 миллиарда. Устройство, в настоящее время неспособное отвечать потребностям Интернета. IPv6 увеличивает механизм адресации до 128 бит и может поддерживать 240 раз в 10 раз больше 36-го глобально уникального веб-сайта (GUA).
Необходимость сопоставлять данные и управлять веб-сайтами из двух разных доменов IPv6 и сетей IEEE 802.15.4 представляет собой серьезную проблему для дизайна. 6LoWPAN определяет механизмы сжатия и сжатия заголовков, чтобы позволить Ipv6-пакетам проходить IEEE 802.15. 4 для передачи и приема.
Одним из примеров является Thread, который является закрытым файлом, но протокол без лицензии может быть запущен на основе 6LoWPAN для поддержки различных приложений автоматизации.
В ответ на эту тенденцию поставщики полупроводниковых компонентов, такие как Analog Devices, Inc. (ADI), предоставляют полный набор беспроводных аналоговых приемопередатчиков, поддерживающих проводные сетевые протоколы для микроконтроллеров серии AduCx и DSP серии Blackfin. Такие, как маломощные беспроводные приемопередатчики большой мощности. Схема модуля - ADRF7242, поддерживает протокол IEEE 802.15.4, обеспечивает самонастраиваемую скорость передачи данных и различные механизмы модуляции и использует глобально доступную полосу частот ISM. Скорость ее передачи составляет от 50 Кбит / с до 2000 Кбит / с и может передавать соответствующие Американские правила FCC и европейские правила Сертификация стандарта ETSI.
В другом продукте ADRF7023 используется всемирный нелицензированный ISM-диапазон, который включает в себя 433 МГц, 868 МГц и 915 МГц. Скорость передачи данных составляет от 1 Кбит / с до 300 Кбит / с. Компания предлагает полную платформу разработки WSN, которая позволяет пользователям разрабатывать пользовательские решения.
Например, платформа платформы RapID включает в себя ряд модулей и наборов для разработки, которые могут использоваться для встраивания различных протоколов промышленных сетей. Беспроводные датчики SmartMesh включают в себя несколько чипов и предварительно проверенных модулей платы печатной платы и оснащены сетчатым сетевым программным обеспечением для датчиков Возможность общаться в различных суровых индустриальных интернет-вещах.
(Автор - ADI Automation Energy and Sensor Product Engineering Manager) Новая электроника
4. Техническое сотрудничество является ключевой функциональной совместимостью промышленного IoT для повышения эффективности развертывания IIoT;
Ожидается, что Industrial Internet of Things (IIoT) революционизирует то, как люди управляют производственными, энергетическими и транспортными системами. Однако из-за огромного размера и сложности технологий межсоединений, составляющих Интернет вещей, ни одна компания не может самостоятельно предоставлять полное решение для предприятий IIoT (рисунок 1).
Для полного объяснения давайте посмотрим на архитектуру системы IIoT. Система IIoT не только увеличивает количество интеллектуальных устройств и датчиков, но также включает в себя передачу и управление большими объемами данных через распределенные сети (включая краевые узлы, локальные ИТ и облачные вычисления). 2).
Рисунок 1 Разработчики системы должны интегрировать технологические компоненты из источников различных поставщиков для создания систем, необходимых для конкретного приложения, для повышения качества, производительности, эффективности и безопасности.
Для построения полного решения необходимо объединить множество подсистем и технологий в архитектуре рис. 2.
Для управления подсистемами, исходящими от разных поставщиков, связь между ними отнюдь не простая задача. Это иллюстрируется диаграммой стека связи Индустриального интернет-консорциума (IIC). Мы должны управлять не только Стандарты и протоколы уровня связи и многие вертикальные отрасли промышленности (например, производство или электрические сети) имеют собственный набор промышленных протоколов для регулирования (рисунок 3).
Рисунок 3 Существует еще много традиционных M2Ms, которые используют различные проприетарные протоколы, которые также должны быть интегрированы в систему.
Взаимодействие является ключом к успеху
Из-за этого при оценке технологии поставщиков IIoT ключевым критерием является интероперабельность, то есть удобство передачи информации взад и вперед по границе технологии.
Информация может быть доставлена четырьмя способами: протоколами, файлами данных, веб-службами и API-интерфейсами. В системах IIoT различные части системы могут использовать разные методы. Однако конечной целью является максимально возможное взаимодействие между подсистемами. Станьте простым, пусть разработчик системы может сконцентрироваться на решении реальных системных проблем, а не на решении проблем, вызванных инструментом.
Итак, какие стандарты следует учитывать при оценке совместимости? Обычно существуют два аспекта: партнеры по открытости и технологии.
Открытая платформа улучшает ограничения технических функций
Открытость - это то, насколько легко разработчикам использовать платформу для создания и указания системы. При разработке системы IIoT с несколькими поставщиками существует несколько функций, которые позволяют пользователям программировать:
1. Поддерживает множество протоколов связи, включая различные вертикальные промышленные протоколы, такие как CAN, Fieldbus, OPC UA, EtherCAT, Modbus и IEC-61850.
2. Поддерживает несколько типов файлов данных.
3. Комплект разработки программного обеспечения (SDK) и модуль разработки модулей (MDK), такой как PTC SDK для платформы ThingWorx.
4. Операционная система с открытым исходным кодом в реальном времени, такая как NI Linux Real-Time.
5. Открытый и расширяемый API.
6. Плагины и аксессуары, такие как LabVIEW Cloud Toolkit для веб-сервисов Amazon.
Эти функции предоставляют множество межсоединений для передачи данных, что позволяет избежать нехватки системных инженеров в узких местах проектирования из-за развития системы. Открытые платформы помогают улучшить ограничения технических функций или ограничения только поддержки одного или двух протоколов связи.
Поиск технологических партнеров
Кроме того, партнерские отношения между поставщиками могут обеспечить интеграционные услуги, которые еще больше снижают риск интеграции смежных технологий. Благодаря совместным усилиям, таким как тестовая платформа IIC, участвующие компании интегрируют технологии из нескольких областей и предсказывают Техническое обслуживание, типичная эталонная архитектура построения приложений IIoT для связи и управления интеллектуальной сетью.
Эти партнерские отношения можно продемонстрировать с помощью демонстраций технологий в NI Industrial IoT Labs. Демонстрация осуществляет мониторинг состояния здоровья на насосе и включает в себя несколько технологий поставщиков, в том числе:
1.Flowserve - решение системы управления потоком (рисунок 4)
Рисунок 4 Решение системы Flowserve Flow Control System
2.Hewlett Packard Enterprise - Deep Edge Computing and Remote Management
3.NI (National Instruments) - Сбор данных и извлечение объектов
4.PTC - платформа IoT, включая возможности анализа и расширенной реальности (AR) для корпоративных систем
5.OSIsoft - библиотека управления данными и истории
Лидерам бизнеса следует опасаться поставщиков, которые заявляют, что предоставляют полные решения IIoT. Поскольку полная система IIoT будет включать компоненты из многих областей техники, от сбора данных до расширенной реальности. Партнеры должны знать о соседних технологиях и осваивать важность эффективной интеграции и активно работать с другими поставщиками.
(Эта статья предназначена для инженеров по маркетингу NI) Новая электроника
5. Исследователи создали самый холодный электронный чип в мире
Профессор Университета Базеля Доминик Зумбюль и его коллеги преуспели в охлаждении температуры наноэлектронного чипа до 2,8 миллилитров, что составляет примерно 273,15 градуса Цельсия. Исследователи сказали: «Магнитное охлаждение основано на том принципе, что при приложении магнитного поля постепенно уменьшается Часы, система будет постепенно охлаждаться, избегая любого внешнего теплового потока.
«Прежде чем магнитное поле будет уменьшено, тепло, генерируемое намагниченностью, должно быть поглощено другими средствами для получения эффективного магнитного охлаждения. Так мы успешно охладили наноэлектронный чип до 2,8 миллиКелвин для достижения рекордной низкой температуры. Метод.
Профессор Zumbühl и его коллеги объединяют эти две системы охлаждения, оба из которых основаны на магнитном охлаждении.
Они охладили все проводящие соединения чипа до 150 микронов Кельвина (менее одной тысячной доли от абсолютного нуля).
Затем они применили вторую систему охлаждения непосредственно к самой стружечке и одновременно помещали кулоновский блокирующий термометр. Структура и материал термометра позволили охладить его до 2,8 миллилинов при магнитном охлаждении.
Профессор Zumbühl сказал: «Мы объединили две системы охлаждения, чтобы охладить чип ниже 3 миллилинов (около 273,15 градуса Цельсия). Мы с оптимизмом смотрим, что мы можем использовать тот же метод для достижения 1 миллиКелвин».
Ученые сказали: «Мы смогли сохранить чип при сверхнизких температурах в течение 7 часов, что довольно неплохо. У ученых будет много времени для проведения нескольких исследовательских экспериментов, которые помогут понять физические характеристики вблизи абсолютного нуля». Наука и техника
