Technologia LTE w zastosowaniach przemysłowych

Do tej pory modemy komórkowe i inne urządzenia M2M stosowane były wszędzie tam, gdzie wymagany był zdalny dostęp do urządzeń w standardach szeregowych, ethernetowych i innych. Jednak często z powodu opóźnień i ograniczonego pasma urządzenia te miały ograniczone pole zastosowań. Mimo to modemy komórkowe znajdują dzisiaj sporo zastosowań, a wkrótce będzie ich więcej dzięki technologii LTE.

Modemy komórkowe w zastosowaniach

Dziś bramki komórkowe używane są w transporcie, w autobusach i w składach kolejowych, często w zestawie z odbiornikiem GPS, aby łatwiej było namierzyć pojazd. W tym przypadku korzystną cechą modemu jest możliwość pracy w różnych technologiach i przełączanie pomiędzy nimi. Dzięki temu, gdy pojazd przemieszcza się między rożnymi wieżami komórkowymi, przełącza się i pracuje w najlepszej technologii, jaka jest dostępna w danym miejscu. W Polsce powoli wprowadza się takie urządzenia w inteligentnych sieciach pomiarowych, popularnie nazywanych Smart Grid, aby ułatwić dostęp do informacji o zużyciu energii elektrycznej u abonentów i ograniczyć pomiar organoleptyczny. Modemy komórkowe są też używane w przypadku, gdy wymagany jest zdalny awaryjny dostęp do jakiegoś urządzenia na obiekcie, np. w przypadku rekonfiguracji, a właściciel/nadzorujący nie umożliwia dostępu do obecnej tam sieci lokalnej.

Technologia LTE

Technologia LTE (Long Term Evolution) to prawdziwy przełom w komunikacji komórkowej. Umożliwia transfer do 100 Mbps dla ściągania oraz do 50 Mbps dla wysyłania. Są to wartości szczytowe, ale nawet jeśli urządzenie znajduje się daleko od BTS, to transfer jest na znacznie wyższym poziomie niż byłby w przypadku poprzedniej technologii HSPA. Dodatkowo LTE oferuje znacznie mniejsze opóźnienia w porównaniu z poprzednimi technologiami. Udało się zmniejszyć je 10-krotnie, dzięki czemu np. przeglądanie stron internetowych jest znacznie sprawniejsze, bo czas oczekiwania po kliknięciu w link jest znacznie krótszy. W przypadku komunikacji maszyn pracujących w czasie rzeczywistym, czyli np. układów napędowych czy sterowania szybkim procesem, ma to również duże znaczenie, ponieważ różnica w czasie odpowiedzi HSPA i LTE może wynieść nawet kilkaset ms. Tak więc z LTE przesyłanie sygnału wideo przez sieć komórkową jest jak najbardziej możliwe, i to w wysokiej rozdzielczości.

Modem OnCell G3470A-LTE

Dobrym przykładem modemu przemysłowego korzystającego z technologii LTE jest nowy OnCell G3470ALTE firmy Moxa. Ma on szereg cech niezbędnych w przemysłowych rozwiązaniach. Modem ten występuje w wersji z rozszerzonym zakresem temperatury: może pracować w temperaturze od –30 °C do +70 °C. Dodatkowo OnCell ma izolacje dla wejścia zasilającego oraz dla anteny, a metalowa obudowa gwarantuje wysoką wytrzymałość mechaniczną. Zabezpieczenia te chronią bramkę komunikacyjną, a więc również połączenie, w przypadku wystąpienia zakłóceń elektromagnetycznych, wynikających np. z wyładowań atmosferycznych lub powodowanych przez silniki indukcyjne czy generatory prądotwórcze. Takie zjawiska mogą skrócić żywotność podzespołów, ale dzięki podwójnej izolacji modem ten może pracować bez przerw i uszkodzeń dłużej niż podobne rozwiązania bez tego typu zabezpieczeń.

Innym ważnym aspektem przy rozwiązaniach M2M jest niezawodność połączenia, czyli ciągłość połączenia. Komunikacja w sieciach komórkowych jest zależna od wielu czynników, np. od obciążenia sieci, zdarzeń losowych czy zakłóceń elektromagnetycznych. Czasami zdarza się, że użytkownik jest odłączany od sieci komórkowej, połączenie jest zawieszane itp.

Modem OnCell G3470A wyposażony jest w czterostopniowe sprawdzanie połączenia – GuaranLink – i jeśli wynik któregoś testu jest negatywny, to połączenie bądź urządzenie jest resetowane, a wszystko jest konfigurowalne przez interfejs webowy. Sprawdza się, czy modem jest zarejestrowany w sieci komórkowej, czy następuje transmisja danych TCP/IP, czy zdalny host odpowiada na zapytania ping. Testy umożliwiają uniknięcie zawieszania komunikacji lub modemu, co w rozwiązaniach innych producentów może wymuszać ręczny restart modemu. Oprócz tego modem ma możliwość zainstalowania dwóch kart SIM, co zwiększa redundancję w przypadku, gdy któreś z połączeń zostanie zawieszone lub będą z nim problemy.

Gdy do dyspozycji jest karta SIM z prywatnym adresem IP lub z publicznym zmiennym, to dostęp do modemów komórkowych jest znacznie ograniczony. Firma Moxa znalazła dwa rozwiązania tego problemu. Pierwsze to połączenia VPN jako klient – w tym przypadku OnCell łączy się ze zdefiniowanym VPN serwerem, a jego adres IP może być dowolny, ponieważ to on rozpoczyna komunikację. Jedynym wymogiem takiej pracy jest posiadanie routera z funkcją serwera VPN, z publicznym stałym adresem IP. Oprócz tego, że uzyskujemy pełny zdalny dostęp do podsieci zdalnej, połączenie takie jest bardzo dobrze chronione dzięki silnym algorytmom szyfrowania. Innym rozwiązaniem jest udostępniane przez producenta darmowe oprogramowanie do zarządzania wieloma modemami – OnCell Central Manager.

Zainstalowane na serwerze z publicznym adresem IP umożliwia dostęp do konfiguracji, zarządzanie modemem czy przekierowywanie portów za pośrednictwem serwera. Dzięki temu rozwiązaniu karty SIM zainstalowane w modemie mogą mieć zarówno publiczny stały, zmienny, jak i prywatny adres IP.

Dlaczego Moxa?

Moxa to producent szerokiej gamy urządzeń do komunikacji przemysłowej. Od ponad 25 lat zdobywa doświadczenie i wygrywa w największych projektach, w różnorodnych branżach. Przemysłowy Ethernet, komunikacja szeregowa oraz rozwiązania bezprzewodowe to najmocniejsze strony firmy Moxa.

źródło: "Automatyka" 6/2015