如何在智能工業(yè)中應(yīng)用LoRa？ST白皮書助您決策

隨著越來越多的公司考慮用 LoRa 連接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，ST 發(fā)布了一份白皮書，論述 如何在智能工業(yè)中用 LoRa 連接監(jiān)測(cè)工況的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)。選擇合適的 sub-GHz 網(wǎng)絡(luò)絕非易事。 可選方案非常多，其中 NB-IoT和 Sigfox是兩個(gè)人氣最高的技術(shù)，ST為想要組建物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)提供聯(lián)網(wǎng)解決方案，例如， Discovery Kit B-L462E-CELL1 和 ST4SIM，或者支持Sigfox 的軟硬件工具，網(wǎng)絡(luò)選擇結(jié)果通常會(huì)長(zhǎng)期影響生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，因此，選擇面太廣可能會(huì)讓一些團(tuán)隊(duì)陷入困境，糾結(jié)到底該選哪一個(gè)方案。因此，讓我們探討一下選擇 sub-GHz 網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，以及白皮書可以提供哪些幫助。

應(yīng)用層面考慮

在工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)中需要注意些哪些問題？

工業(yè)設(shè)備上的 LoRa 傳感器節(jié)點(diǎn)

工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)中越來越受歡迎，為企業(yè)維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備提供了新的解決方案，并有機(jī)會(huì)把生產(chǎn)效率提高到新的水平。兩種方案都跟蹤記錄設(shè)備或基礎(chǔ)設(shè)施的磨損程度和完整性，其中，預(yù)測(cè)性維護(hù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)來預(yù)測(cè)故障。工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)可以徹底改變智能工廠或城市的運(yùn)營(yíng)模式，因此，人氣越來越高。然而，要想取得預(yù)想的效果，必須為工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)維護(hù)建設(shè)一個(gè)強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)，以承載節(jié)點(diǎn)設(shè)備捕獲的各種傳感器數(shù)據(jù)。因此，正確選擇sub-GHz技術(shù)至關(guān)重要。

當(dāng)考慮選擇哪種技術(shù)時(shí)，開發(fā)小組必須記住工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)的相關(guān)特性。事實(shí)上，許多應(yīng)用是在缺乏傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的偏遠(yuǎn)地區(qū)，例如，石油鉆井平臺(tái)、采礦場(chǎng)和大型農(nóng)業(yè)區(qū)，這只是其中的幾個(gè)例子。在這些應(yīng)用環(huán)境中，通常沒有移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。因此，開發(fā)小組必須弄清楚如何在這些偏遠(yuǎn)地區(qū)創(chuàng)建一個(gè)可以擴(kuò)容的網(wǎng)絡(luò)，答案是需要滿足成本效益和可以擴(kuò)容兩個(gè)條件。網(wǎng)關(guān)購置維護(hù)成本過高，行不通。同樣，隨著新需求的迅速出現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)必須能夠擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量。

基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控和資產(chǎn)跟蹤需要注意什么？

白皮書論述的考慮因素也同樣適用于越來越依賴 LoRa 的其他應(yīng)用，例如，基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控和資產(chǎn)跟蹤。當(dāng)跟蹤橋梁的裂縫或材料完整性時(shí)，無論周圍的材料或基礎(chǔ)設(shè)施在什么位置，信號(hào)都必須傳送到網(wǎng)關(guān)。同樣，在跟蹤資產(chǎn)時(shí)沒有選對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可能會(huì)在成本和能源方面付出昂貴的代價(jià)。事實(shí)上，選擇功耗非常低的設(shè)備至關(guān)重要，因?yàn)樵诨A(chǔ)設(shè)施監(jiān)控和資產(chǎn)跟蹤的地方通常沒有電源為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電。

LoRa 和技術(shù)考慮因素

在選擇Sub-GHz 網(wǎng)絡(luò)中需要注意什么？

基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控越來越受歡迎

白皮書旨在幫助團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)化決策過程。事實(shí)上，為了確定到底哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適合某一個(gè)應(yīng)用，工程師通常還會(huì)考慮技術(shù)的基本特性，例如，網(wǎng)絡(luò)傳輸距離和穩(wěn)健性。網(wǎng)關(guān)和中繼必須相距多遠(yuǎn)？網(wǎng)絡(luò)使用什么調(diào)制方法？是否有糾錯(cuò)機(jī)制來處理數(shù)據(jù)包丟失或信號(hào)干擾？這些問題的答案至關(guān)重要。在工業(yè)環(huán)境中，來自其他設(shè)備的寄生信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。同樣，當(dāng)資產(chǎn)從一個(gè)大陸流向另一個(gè)大陸時(shí)，了解技術(shù)在世界不同地區(qū)的運(yùn)行方式也至關(guān)重要。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)常關(guān)注的另一個(gè)技術(shù)考慮因素是網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容能力。開發(fā)小組滿足需求的效率如何？通常，隨著被監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量或被跟蹤資產(chǎn)的數(shù)量增加，需要大幅增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。然而，并非所有配置都是一樣的。在某些情況下，添加大量終端設(shè)備可能會(huì)很麻煩。因此，團(tuán)隊(duì)必須提前思考并了解支持設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng)的容易度。另一個(gè)問題是確定延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的容易度。在基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控這個(gè)用例中，添加節(jié)點(diǎn)也意味著更遠(yuǎn)的傳輸距離。

為什么還要考慮安全和功耗？

開發(fā)小組在選擇 sub-GHz 網(wǎng)絡(luò)時(shí)還必須考慮一些新技術(shù)考慮因素，中之一是信息安全。一般來說，工況監(jiān)測(cè)或預(yù)測(cè)性維護(hù)對(duì)安全性的要求不是很高，雖然對(duì)安全有要求，但工業(yè)泵的磨損狀況數(shù)據(jù)是風(fēng)險(xiǎn)較低的信息。相反，新出臺(tái)的政府報(bào)告政策和報(bào)告透明度法規(guī)正在改變資產(chǎn)跟蹤和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的安全性要求，因?yàn)檫@些應(yīng)用涉及非常敏感的信息。資產(chǎn)相關(guān)信息泄露可能會(huì)損害某人的隱私，而公共基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)外泄可能會(huì)導(dǎo)致國(guó)家安全危機(jī)，某些組織會(huì)利用數(shù)據(jù)外泄對(duì)安保較弱的設(shè)施發(fā)起攻擊。

The STEVAL-ASTRA1B

能源消耗是一個(gè)新的考慮因素。工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)通常依靠電池供電設(shè)備。因此，開發(fā)小組始終關(guān)注能耗。然而，基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控和資產(chǎn)跟蹤帶來了新的功耗挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)改用太陽能電池時(shí)，設(shè)備必須保持高能效。同樣，跟蹤公共基礎(chǔ)設(shè)施的前提是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的續(xù)航能力必須長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，而這只有在電流消耗極低的情況下才能實(shí)現(xiàn)。很多時(shí)候，射頻芯片是功耗最大的組件。因此，選對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)解決方案的性能和可行性影響很大。

開發(fā)資源

雖然白皮書主要探討工況監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，但我們可以看到書中提出的觀點(diǎn)也適用于其他應(yīng)用場(chǎng)景。因此，白皮書是團(tuán)隊(duì)為其應(yīng)用選擇合適的 sub-GHz 網(wǎng)絡(luò)的切入點(diǎn)。ST 還提供開發(fā)工具，讓開發(fā)者快速測(cè)試 LoRa應(yīng)用項(xiàng)目。例如，STEVAL-ASTRA1B 是一款開發(fā)套件及參考設(shè)計(jì)，板載STM32WB5MMG藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)控制器和執(zhí)行sub-GHz 協(xié)議的 STM32WL55JC 無線微控制器，以及各種傳感器，是令人興奮的原型設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。我們甚至還提供資產(chǎn)跟蹤云應(yīng)用程序 DSH-ASSETRACKING，以縮短開發(fā)周期。

The STDES-CBMLoRaBLE

若想尋找適合工業(yè)環(huán)境的開發(fā)資源，開發(fā)小組可以選用STDES-CBMLoRaBLE。這個(gè)開發(fā)套件包括 STEVAL-ASTRA1B的藍(lán)牙控制器和 sub-GHz 微控制器，不同的是所配備的傳感器都通過了工業(yè)認(rèn)證，并提供振動(dòng)分析和傾斜監(jiān)測(cè)專用算法。因此，工程師可以在這塊板子上動(dòng)手開發(fā)工況監(jiān)測(cè)或基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控，以及預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用。我們甚至提供支持 AWS云 的軟件解決方案DSH-PREDMNT，幫助用戶配置設(shè)備、記錄數(shù)據(jù)、執(zhí)行信息可視化，以及隨時(shí)隨地從云端監(jiān)測(cè)資產(chǎn)。