Industrie 4.0 vereist massale IoT en naadloze connectiviteit

Om de voordelen van Industrie 4.0-applicaties en -services mogelijk te maken, is een massale inzet van sensoren, gateways en cloudcomputingsystemen nodig, met naadloze connectiviteit.

Sommige mensen denken dat het Internet of Things (IoT) altijd draadloze connectiviteit vereist. Deze misvatting komt voort uit het massale gebruik van mobiele apparaten, wearables en andere verbonden apparaten die niet fysiek zijn aangesloten op een bekabeld netwerk.

De realiteit is dat het grootste deel van het industriële internet wordt bereikt door bekabelde netwerken, en Ethernet is nog steeds de ruggengraat van connectiviteit in de meeste fabrieken over de hele wereld.

Wanneer draadloze connectiviteit nodig is, helpen nieuwe technologieën zoals Low-Power Wide-Area Networks (LPWAN's) zoals Sigfox, LoRaWan en NB-IoT om miljoenen IoT-apparaten in lokale en externe faciliteiten te beheren.

Bekabelde industriële connectiviteit en M2M bestonden al tientallen jaren

Veel industrieën hebben sinds de jaren tachtig geprofiteerd van een of andere vorm van bekabelde dataconnectiviteit, meestal met behulp van Programmable Logic Controllers (PLC) die werken op 24v, wat wordt beschouwd als de wereldwijde spanningsstandaard en digitale taal voor industriële toepassingen.

In 1990 introduceerden de tweede generatie cellulaire netwerken (2G) en de simkaarten draadloos voor industriële connectiviteitsdiensten, de cellulaire machine-to-machine communicatie (M2M).

M2M stelde industrieën in staat om op afstand toegang te krijgen tot machines en deze te besturen, honderden verbonden apparaten in te zetten en informatie te verzamelen overal waar een mobiel netwerk beschikbaar was. Achteraf gezien is M2M het raamwerk van wat we tegenwoordig IoT noemen. De meeste resterende M2M-connectiviteit werkt via de 2G GPRS-standaard, waarvoor 2G EDGE-dekking en simkaarten nodig zijn.

De huidige slimme fabriek maakt gebruik van een mix van bedrade en draadloze technologieën, die samenwerken door Time-Sensitive Networking (TSN).

TSN is een reeks standaarden gespecificeerd door IEEE 802.1 om Ethernet-netwerken in staat te stellen QoS-garanties te geven voor tijdgevoelig en bedrijfskritisch verkeer en toepassingen. TSN is een toolbox met vier categorieën tools:resource management, traffic shaping, betrouwbaarheid en tijdsynchronisatie.

In wezen is een op TSN gebaseerd industrieel communicatienetwerk een geconvergeerd systeem dat een mix van verschillende soorten verkeer mogelijk maakt. Servicevereisten variëren van best-effort-verkeer tot kritiek realtime-verkeer. TSN zorgt voor de convergentie van veel verschillende services die op een gedeeld netwerk worden uitgevoerd, terwijl er nog steeds tools zijn om prioriteit te geven aan tijdkritische services.

Voor de meeste verbindingen zijn LPWAN-netwerken de beste optie

Met de komst van de Long-Term Evolution (LTE) of 4G-netwerken kwam er een nieuw scala aan diensten en mogelijkheden beschikbaar voor industrieën en consumenten. LTE maakt meerdere connectiviteitstypen mogelijk, waaronder snelle gegevensoverdracht, lage latentie, Voice-over-IP (VoIP) en low-power wide-area-netwerken (LPWAN).

De meest voorkomende industriële versies van 4G-netwerken zijn gebaseerd op LTE-M, dat het nieuwe M2M is geworden, en Narrowband-IoT (NB-IoT). Beide services zijn ontworpen voor massale IoT, waardoor de connectiviteit mogelijk is voor miljoenen aangesloten apparaten met een laag stroomverbruik.

Daarnaast zijn andere LPWAN-netwerken die niet afhankelijk zijn van mobiele connectiviteit overal verkrijgbaar, waaronder LoRaWAN, Sigfox en Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah).

De meeste industriële verbindingen hebben geen 5G nodig, wat zich nog in de beginfase van de uitrol bevindt

Er is de afgelopen twee jaar veel geroezemoes geweest over 5G en de beloften van razendsnelle snelheden en ultralage latentie voor kritieke connectiviteit.

Afbeelding met dank aan Ericsson.

De realiteit is dat meer dan 99% van de industriële en professionele IoT-verbindingen die unieke functies niet nodig hebben. Als mobiele service gewenst is, kunnen 4G, LTE-M en NB-IoT de bandbreedte en enorme IoT-connectiviteit bieden die nodig zijn voor de toepassingen van vandaag en morgen.

Bovendien worden de volledige specificaties van 5G om enkele van de meest kritieke functies mogelijk te maken nog steeds gedefinieerd door de 3GPP en andere regelgevende instanties. Het zou nog een paar jaar duren voordat de 5G-netwerken klaar zijn om de diensten te leveren die sommige kritieke IoT-toepassingen nodig hebben.

“5G is echt nodig als je wat speciale functies nodig hebt. We hebben het over meer gewaardeerde, lagere latentie, veel meer verbindingen of verbindingspunten, waar je eigenlijk problemen hebt met de overbelaste LTE. Dus het hele idee dat 5G nodig is voor wide-area cellulaire IoT is niet echt waar.” zegt Marie Hogan, hoofd IoT en Broadband bij Ericsson.