在智慧制造,工业4.0厂区自动化的时代,许多厂区设备的传输方式常利用有线的方式传输,因为有线式的传输方式最为稳定。但由于厂区环境有的较为复杂拉线不易,或是厂区较广、较远,除了线材要花费不少预算成本外,布建也是一项大工程。这个时候,利用无线的方式传输,就会方便得多。
通讯协定可免执照的频段有2.4 GHz与Sub-GHz。其中2.4 GHz协定大量应用于市场中,例如:Wi-Fi、Bluetooth。属于短距离无线传输,其中Bluetooth传输速率快、低功耗、安全性较高,但由于网络节点少,容易相互干扰,不适合多点布建。后者Sub-GHz频段传输距离远、干扰少、功耗低的传输特点,对应于工业制造领域中较为适合。工业制造厂区位置较为广大,机台设备分布较为分散。 再加上设备机台传输资料的特性,所搜集的数据资料较为轻量,因此利用Sub-GHz频段传输方式已有余。
而以Sub-GHz的部份来说,采用433 MHz频段的无线应用是全球通用的Sub-GHz ISM频段配置,915 MHz被普遍应用于北美和澳洲市场、868 MHz则布建于欧洲全区、315 MHz适用于北美、亚洲和日本。
依照无线传输技术可分为短距离无线传输、中距离无线传输、长距离无线传输。
短距离无线传输种类 | 简易说明 |
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Wi-Fi | IEEE 802.11标准的无线区域网路技术,常用于消费型电子产品领域。 |
Bluetooth | 短波特高频(UHF)无线电波,常用于消费型电子产品领域。 |
Li-Fi | 使用可见光技术(VLC)实现资讯传输,光源消失,讯号及被切断。 |
NFC | 使两个电子装置能够在4公分范围内进行通讯。常用于门禁卡、车票等等。 |
RFID | 使用电磁场存取无线射频辨识标签中的数据,常用于门禁卡、身份识别等。 |
Z-Wave | 家庭自动化的无线通信协议,用于家用电器、控制照明、中央控制设备系统等。 |
ZigBee | IEEE 802.15.4标准的个人区域网路通讯协定,应用于各厂商定义的程式物件。 |
中距离无线传输种类 | 简易说明 |
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LTE-A | 进阶长期演进技术LTE-Advanced,(4G+)常用于手机装置、资料传输等。 |
5G | 蜂巢式网路通讯技术,为4G(LTE-A)系统后的演进,应用于行动装置、电信传输等。 |
远距离无线传输种类 | 简易说明 |
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LPWAN | 低功率广域网路,分为使用授权频段的NB-IoT、非授权频段的LoRa、Sigfox、Weightless、RPMA、IEEE 802.11ah等。 |
VSAT | 甚小孔径终端,使用小型碟型天线,透过人造卫星传输之通讯技术。 |
LoRaWAN定义通讯协定以及网路的系统架构,由LoRa物理层进行长距离的通讯。 LoRaWAN也负责管理所有节点的通讯频率及功率。网路中的设备是非同步的传输,在有资料可送出时就会送出。终端节点送出的信号会由多个网关接收,会将资料封包往前转输到中心化的网路伺服器。网路伺服器会过滤重覆的封包,进行安全检查,并且管理网路,之后会将资料送到应用伺服器。
LoRa 传输距离远、低功耗、网路节点多
传输距离远:LoRa接收端灵敏度要归功于直接序列扩频技术。采用了高扩频因子,从而获得了较高的信号增益,传输距离最长可逹20公里。
低功耗:在通信系统中距离和功耗就是一个天生的正相关,而LoRa提高了接收的灵敏度,以增长传输距离降低功耗。一般频率偏移调变(FSK)的信噪比需要8dB,而LoRa只需要-20dB,其低功耗除节能优点外,也可以更方便应用在使用太阳能电池的设备。
网路节点多:LoRa网络主要由终端主机、闸道器组成,数据可一对多双向传输,典型的星形拓扑结构,并可在同一区域性内建立多个通讯群组。
资料参考来源:维基百科