Komunikacja w przemyśle jest dzisiaj narzędziem do zapewnienia wysokiej jakości w produkcji i usługach

Czy będzie renesans ZigBee?

Rys. 4. Obroty ze sprzedaży modułów komunikacyjnych jako procent całej sprzedaży firm. Dla 59% dostawców sprzedaż tych urządzeń przynosi do 10% obrotów całej firmy

Kolejnym standardem, w którym ostatnio również zachodzą zmiany, jest ZigBee. I tak jak Bluetooth zyskał na popularności kilka lat temu, tak ZigBee zaczyna zyskiwać teraz, bo przez wiele lat był, ale jego rozwój dreptał w miejscu a ceny modułów w tym standardzie odstraszały wielu chętnych - równoważne rozwiązania były znacznie tańsze.

ZigBee zadomowił się w zasadzie tylko w zastosowaniach przemysłowych, gdzie cena nie jest krytyczna, a koszt członkostwa ZigBee Alliance nie odstraszał. Pozycję lidera ZigBee stracił również na rynku sensorów. Nadzieja na renesans wynika z faktu, że teraz wychodzi poza świat automatyki przemysłowej, wkraczając najpierw do automatyki domowej i dobrze wpisuje się w trend IoT.

Głównymi zaletami ZigBee są niewielki pobór mocy, obsługa sieci o topologii kraty oraz fakt, że standard ten przyjęło całkiem wiele ważnych firm na rynku. Na przestrzeni lat, oprócz kolejnych wersji protokołu ZigBee (np. ZigBee Pro), powstały też liczne profile aplikacji, podobnie jak w przypadku Bluetooth.

Należą do nich m.in. ZigBee Home Automation, ZigBee Smart Energy, ZigBee Remote Control, ZigBee IP, ZigBee Retails Services, ZigBee Green Power czy ZigBee Light Link. Występują one w różnych, nie zawsze ze sobą kompatybilnych wersjach, a niektóre z nich bardzo znacząco się różnią. Tworzą one pewien zamęt, stąd ZigBee Alliance ostatnio zdecydowało się zunifikować wszystkie te obszary zastosowań, tworząc nową wersję standardu - ZigBee 3.0. Niemniej jest to standard wstecznie kompatybilny - korzysta z częstotliwości 2,4 GHz i protokołu ZigBee Pro do transmisji danych. Być może tchnie on nowe siły w ten obszar aplikacyjny rynku.

Mariusz Ciesielski

Microdis Electronics

Jakie są trendy technologiczne w przypadku rozwiązań komunikacji bezprzewodowej?

Zarówno segment konsumencki, jak i przemysłowy, wdraża w swoich rozwiązaniach najnowsze technologie, czyli LTE i UMTS - w telefonii komórkowej, a Bluetooth Low Energy i coraz nowsze iteracje Wi-Fi - w pasmach ISM. Migracja ta oczywiście przebiega w różnym tempie, ponieważ w przypadku segmentu pierwszego bardzo istotne są coraz większe prędkości przesyłania danych, natomiast w przypadku drugiego najważniejsze są: jakość produktu, dostępność infrastruktury, pewność działania i długi czas życia - moduły celowo są niezmieniane przez lata.

Dla producentów rozwiązań przemysłowych istotna jest również kontynuacja produkcji, czyli możliwość wymiany technologii komunikacji bez konieczności przeprojektowywania całego urządzenia - pozwala na to m.in. zgodność pinowa różnych modułów i, przynajmniej częściowe, wykorzystanie tych samych komend sterujących. W M2M wymagania dotyczące przepustowości są znacznie mniejsze niż w zastosowaniach konsumenckich, stąd nadal dość duży udział technologii GSM/GPRS.

W wielu aplikacjach bardziej istotny jest niski pobór mocy, a cena odgrywa ważną rolę. Dlatego mówiąc o segmencie przemysłowym, coraz częściej rozważa się LTE niższych kategorii (Low Cat LTE, czyli np. Cat. 0), czy rozwiązania bardziej specjalizowane, jak NB-LTE/NB-IoT (Narrow Band Internet of Things). Mają one przewagę nad rozwiązaniami własnościowymi, gdyż są ustandaryzowane przez 3GPP i wykorzystują już istniejącą lub powstającą właśnie globalną infrastrukturę. Podobna sytuacja ma miejsce w sieciach lokalnych, gdzie wykorzystuje się komunikację ISM.

Coraz większą popularność, zajmując miejsce wysłużonego Bluetooth Classic, zdobywają Wi-Fi i Bluetooth Smart - wraz z wprowadzaniem przez producentów modułów przemysłowych rozwiązań opartych na tej technologii. Pozwala to na wykorzystanie już istniejącej sieci i częściowo urządzeń konsumenckich (laptopy, tablety, telefony) i zarazem na korzystanie z zalet pewności produktu do zastosowań profesjonalnych.

Sieci komórkowe są cały czas najważniejsze

Rys. 5. Ocena siły konkurencji na rynku w omawianym sektorze oraz stopnia konkurencji na rynku

Moduły GSM ciągle stanowią główny nurt rozwoju aplikacji wykorzystujących komunikację bezprzewodową, a czynnikiem sprzyjającym jest ciągły spadek ich cen. Najważniejszym powodem jest to, że pozwalają one tworzyć duże systemy pomiarowe bazujące na obszarze całego kraju, związane z np. z transportem lub telemetrią, przy relatywnie niewielkich kosztach.

Producenci modułów do sieci telefonii komórkowej implementują w nich coraz więcej typów funkcjonalności, dzięki czemu klient dostaje coraz bardziej zaawansowany moduł w cenie często niższej niż model poprzedni. Upraszcza to tworzenie urządzeń i obniża koszty docelowej aplikacji, gdyż nierzadko zewnętrzny mikrokontroler lub dodatkowe układy stają się zbędne.

Jeszcze do niedawna zdecydowana większość sprzedawanych modułów to były głównie moduły GPRS/EDGE, czyli sieci 2G, obecnie coraz częściej są to sieci 3G i moduły obsługujące technologię 3G/HSDPA/HSUPA i HSPA+, a w ostatnich miesiącach także przemysłowe moduły LTE. To, że na rynku pojawiają się takie szybkie modemy jest też wynikiem tego, że w podstawowym kształcie sieć GSM/GPRS jest już produktem bardzo dojrzałym, stąd markowi producenci uciekają w stronę sieci 3G i LTE, bo tam są w stanie konkurować.

Na rysunku 1 pokazana została ocena potencjału nowości rynku komunikacji bezprzewodowej w aplikacjach M2M i IoT. Zdaniem specjalistów największe znaczenie mają moduły obsługujące LTE oraz nowe wersje Bluetootha na kolejnych miejscach uplasowały się szybkie moduły WLAN, a dalej rozwiązania dla sieci mesh.

Badanie ankietowe potwierdziło też wcześniejsze rozważania o tym, że ZigBee przebija się bardzo powoli. W porównaniu z analogicznym zestawieniem sprzed 3 lat widać spory spadek pozycji prostych modułów do sieci komórkowych GSM oraz pojawienie się na dość wysokiej pozycji sieci wąskopasmowych o dużym zasięgu (LPWAN).

Michał Grzywacz

Elproma Elektronika

Co jest ważne w handlu produktami do komunikacji?

Z pewnością istotnym czynnikiem jest niezawodność proponowanych rozwiązań. Klienci cenią sobie stabilność pracy urządzeń i często skłaniają się ku znanym i w pełni sprawdzonym rozwiązaniom. Większa świadomość sprawia, że cena nie jest jedynym wyznacznikiem zakupu. Coraz częściej poszukuje się wartości dodanych, takich jak: wsparcie techniczne, funkcjonalność proponowanego produktu oraz jego możliwości techniczne. Klienci cenią także dostępność produktów z magazynu i sprawnie działający serwis.

Bezprzewodowa komunikacja w przemyśle i automatyce - czy obszar ten w Polsce rozwija się w szybkim tempie?

Z pewnością jest to prężnie i dynamicznie rozwijający się sektor. Coraz częściej dla standardowych rozwiązań kablowych poszukuje się alternatywy w postaci połączeń bezprzewodowych. W wielu przypadkach komunikacja radiowa lub GSM jest jedynym sposobem umożliwiającym nawiązanie połączenia między maszynami, obiektami itp. Rynek proponuje sporo rozwiązań spełniających wymagania pracy w trudnych warunkach przemysłowych. Fakt ten pozwala automatykom i projektantom podczas realizacji projektów na dużą swobodę i elastyczność w doborze elementów.

W którą stronę kieruje się rozwój biznesu związanego z modułami GSM?

Obecnie sektor związany z modułami GSM zmierza w kierunku rozwoju technologii LTE kategorii 1 i 0. Moduły te zadowolą twórców aplikacji, w których wymagany będzie niski pobór prądu. Uważam, że proponowana szybkość transmisji danych będzie w pełni zaspokajała wymagania aplikacji M2M. Z roku na rok zwiększające się pokrycie zasięgiem LTE sprawia, że projektanci coraz chętniej sięgają po takie moduły.

Komunikacja przewodowa

Rys. 6. Zestawienie cech oferty handlowej, które są najważniejsze w sprzedaży modułów komunikacyjnych

W zakresie komunikacji przewodowej oferta rynku skupiona jest na Ethernecie, gdyż tego typu sieci komunikacyjne są podstawą infrastruktury przedsiębiorstw przemysłowych, systemów kontroli dostępu i monitoringu obiektów, urządzeń pomiarowych i innych obszarów. Poza uniwersalnością i możliwościami komunikacyjnymi, urządzenia infrastrukturalne, za pomocą których buduje się sieci komunikacji przewodowej, można zasilać przez kabel sieciowy - PoE i PoE+ (Power over Ethernet).

Korzystanie z możliwości sieci bazujących na Ethernecie wymaga stworzenia infrastruktury komunikacyjnej, do której poza okablowaniem, przełącznikami (switchami) i routerami tworzącymi fizyczną podwalinę sieci konieczny jest sprzęt taki, jak konwertery sieciowe (konwertery mediów, mediakonwertery, urządzenia typu gateway).

Są to przede wszystkim urządzenia z interfejsami do sieci szeregowych i innych przetwarzające komunikaty na standard ethernetowy, moduły służące do zmiany medium transmisyjnego - w szczególności Ethernetu miedzianego na światłowodowy. Do produktów tego typu należą też serwery portów, czyli inaczej konwertery interfejsów sieciowych, wyposażone we własny komputer zapewniający możliwość programowania i ustawiania parametrów oraz karty sieciowe. Często są to wersje wieloportowe, co pozwala na komunikację z wieloma innymi urządzeniami, stosując jedną kartę instalowaną przykładowo w komputerze przemysłowym.

Osobną grupę stanowią moduły we-wy, które pozwalają na podłączenie wielu sygnałów/urządzeń i komunikację z tymi ostatnimi z wykorzystaniem jednego połączenia sieciowego. Podzespoły dostępne są w różnych wykonaniach - zarówno z wejściami i wyjściami cyfrowymi, jak też analogowymi, przeznaczonymi do podłączania określonych czujników, liczników, napędów, itd.

Oprócz wersji kablowych dostępne są urządzenia z interfejsem WLAN. Ich funkcjonalność jest podobna jak opisanych wyżej, z tym że łącze ethernetowe realizowane jest bezprzewodowo, ze wszystkimi popularnymi usługami związanymi z komunikacją za pomocą protokołu TCP/IP. Komunikacja ta może bazować na paśmie 2,4/5 GHz lub pasmach licencjonowanych, np. 400-470 MHz.

Opisany powyżej sprzęt tworzy grupę produktów standardowych, wykorzystywanych na wielu etapach budowy infrastruktury i z racji dużej uniwersalności ma niezmiennie spory potencjał rynkowy.

Amar Abid-Ali

Future Connectivity Solutions

Czy moduły GSM ciągle stanowią główny nurt rozwoju aplikacji M2M?

GSM jest z pewnością jedną z najważniejszych technologii i kół zamachowych rynku M2M, a w dalszej kolejności można wymienić Bluetooth Low Energy, Wi-Fi i ZigBee oraz technologie wąskopasmowe dalekiego zasięgu jak LoRa i Sigfox. Pomijając kwestie techniczne, technologii GSM na rynku M2M sprzyjają liczne aplikacje zapewniające dużą dynamikę rozwoju. Co więcej, można oczekiwać, że w miarę jak technologia GSM zacznie tracić tempo na skutek nasycenia rynku, operatorzy sieci zaczną proponować usługi i modele biznesowe dla sieci dopasowanych do potrzeb IoT.

Gdzie należy szukać przyczyn szybkiego rozwoju rynku komunikacji?

Kluczowymi czynnikami jest tutaj ogromna popularność smartfonów, tabletów i innych urządzeń mobilnych z dostępem do Internetu, co obniża znacząco koszty transmisji i ułatwia dostęp do usług także dla aplikacji profesjonalnych. To samo dotyczy dostępności i cen oprogramowania, usług w chmurze i sieci sensorowych. Obszary takie tworzą potencjalne zalążki nowych projektów w wielu dziedzinach techniki.

Jakiego zakresu wsparcia technicznego wymagają od dostawców klienci?

W miarę jak komunikacja bezprzewodowa staje się domeną nie tylko aplikacji profesjonalnych, ale także wielu obszarów od nich odległych lub całkiem niezwiązanych z techniką, np. rolnictwa, rola wsparcia technicznego w tej dziedzinie rośnie. Tacy klienci wymagają od dostawcy pomocy i nierzadko rozwiązania problemów, bo sami nie mają zasobów technicznych wśród kadry pracowniczej, zdolnej do tego, aby wybrać odpowiedni moduł, antenę itp.