Najlepsze praktyki w dziedzinie przemysłowych sieci bezprzewodowych

Fot. freepik

Dwóch ekspertów z branży – Laurie Cavanaugh, dyrektorka ds. rozwoju biznesu w firmie E Technologies oraz Dean Fransen, specjalista od Inteligencji Stosowanej w firmie Wood – rozmawia na tematy dotyczące czujników bezprzewodowych, niezawodności w sieciach bezprzewodowych oraz wyboru technologii bezprzewodowej dla danej aplikacji.

Jeśli sieć bezprzewodowa jest wybierana przez Waszych klientów jako medium przesyłania danych w zakładzie przemysłowym, jak pomagacie im w podjęciu decyzji odnośnie do wyboru spośród dostępnych technologii? Jakie są tu kryteria? Zasięg, prędkość przesyłu, niezawodność, cyberbezpieczeństwo, koszty, cykl życia?

Laurie Cavanaugh: Pierwszą sprawą jest określenie, jaki problem klient chce rozwiązać. I jaka jest percepcja tego, że sieć bezprzewodowa będzie rozwiązaniem tego problemu. Oczywiście dla znalezienia odpowiedzi należy uwzględnić takie kryteria wyboru sieci bezprzewodowej jak: zasięg, prędkość przesyłu danych, niezawodność, cyberbezpieczeństwo, koszty wdrożenia, koszty wsparcia i konserwacji, kompatybilność z istniejącymi systemami oraz cykl życia.

Dean Fransen: Klient powinien odpowiedzieć sobie na pytanie: „Do czego wykorzystuję sieć bezprzewodową?” Powinien w tym celu wykorzystać następujące dodatkowe kryteria: czy sieć służy do zbierania danych, do streamingu, do przesyłu danych dyskretnych, do mobilnego dostępu do danych? Czy wymagana jest niska latencja przesyłu danych? Odpowiedzi na te pytania pomogą w sprecyzowaniu wymagań co do technologii.

Czy sieci bezprzewodowe częściej wymagają modernizacji sprzętu lub aktualizacji protokołów niż sieci przewodowe?

Laurie Cavanaugh: Urządzenia przewodowe działające w infrastrukturze automatyki przemysłowej zawsze komunikowały się na wielu poziomach oprogramowania układowego (firmware), tak więc aktualizacje nie są wymagane. Natomiast dodanie do sieci przewodowej nowego sterownika, który będzie się komunikował z liczącym sobie 20 lat innym sterownikiem, jest wykonalne. Takie podejście było stosowane przez firmy z pewnych gałęzi przemysłu, które wymagały zweryfikowanych systemów automatyki, ponieważ wykonywanie aktualizacji oprogramowania układowego, modernizacji systemu sterowania SCADA czy innych aplikacji, a nawet dodanie sieci bezprzewodowej wymaga znacznego planowania i jest kosztowne w modyfikacji nawet po początkowej instalacji, a to z powodu konieczności ponownej weryfikacji tych systemów.

Dean Fransen: To zależy od infrastruktury sieci bezprzewodowej. Przykładowo: na rozwiązanie Internetu Rzeczy (IoT) wykorzystujące sieć komórkową 2G może mieć wpływ przechodzenie operatorów sieci komórkowych na technologię 4G/5G.

Czy cykl życia sieci bezprzewodowej jest zasadniczo dłuższy, czy krótszy od przewodowych aplikacji przemysłowych?

Laurie Cavanaugh: Sieć przewodowa, gdy jest dobrze zainstalowana przy uwzględnieniu warunków środowiskowych, może być stabilna, niezawodna i działać przez długi czas. Można nawet wymieniać w niej sprzęt po obu końcach bez zmiany infrastruktury bezprzewodowej. Jest łatwiejsza do zabezpieczenia. Wdrażanie i konserwacja sieci przewodowej obejmują wiele aspektów – występuje tu bezpośrednia korelacja z trudnym lub złożonym środowiskiem przemysłowym.

Czy niezawodność sieci bezprzewodowej może budzić obawy w porównaniu z niezawodnością sieci przewodowych?

Laurie Cavanaugh: Jeśli mówimy o sieci bezprzewodowej, to niezawodność jest tu zdecydowanie kluczowym czynnikiem, dlatego też trzeba przeanalizować daną aplikację. Ponadto istnieją tu problemy z zakłóceniami sygnału, zapewnieniem wykorzystywania licencjonowanego pasma częstotliwości itd. W tej dziedzinie poczyniono postępy i wpływ środowiska na siłę sygnału oraz niezawodność przesyłu danych został zmniejszony, jednak nadal podczas projektowania i planowania temat ten trzeba uwzględnić.

Jeśli chodzi o wykonywaną obecnie modernizację przemysłowych sieci komunikacyjnych: czy częściej przechodzi się z sieci przewodowych na bezprzewodowe, czy ze starszych bezprzewodowych na nowsze bezprzewodowe?

Laurie Cavanaugh: Z moich obserwacji wynika, że jest równie wiele przypadków wymiany, jak rozbudowy czy adaptacji sieci. Jeśli nowy sprzęt posiada czujniki bezprzewodowe, ale także i sterownik przewodowy, to będzie tu okazja do stworzenia hybrydowej sieci do przesyłu danych oraz wymiany informacji – przewodowej i bezprzewodowej. Na szczęście możliwość wykorzystania istniejącej sieci Wi-Fi, dodania urządzenia brzegowego Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) do zbierania danych z czujników bezprzewodowych, podłączenia przewodowego nowego sterownika do istniejącej sieci systemu sterowania oraz dodania przełącznika sieciowego do nowego panelu w celu podłączenia do sieci pozwala na dokonanie ewolucji sieci zakładowej w postaci jej przystosowania do hybrydowej architektury bezprzewodowej. Jest to ewolucja, a nie rewolucja.

Czy klient kiedykolwiek rozpoczyna wdrażanie sieci, mając na myśli jedną technologię bezprzewodową, a następnie zmienia na inną, ponieważ wymagania aplikacji lepiej pasują do innej przemysłowej technologii bezprzewodowej?

Laurie Cavanaugh: Jest to absolutnie realna możliwość i z tego powodu rozpoczynamy pracę od projektu pilotażowego, aby potwierdzić to, co jest nieznane i nie może być wyznaczone podczas fazy projektowania. Projekt prowadzi nas tylko do tego miejsca. I każdy może pomyśleć, że rozwiązuje najpierw problem przyczyny źródłowej (ang. root cause), jednak projekt pilotażowy powinien ujawnić rzeczywistą przyczynę źródłową.

Czy porady na temat bezprzewodowych sieci przemysłowych są obecnie inne niż kilka lat temu?

Laurie Cavanaugh: Kluczowe jest analizowanie sieci bezprzewodowej w firmie przemysłowej, aby zorientować się, czy (a) sieć ta jest albo będzie częścią długoterminowego kierunku wymiany informacji dla całej organizacji lub (b) jest bardziej rozwiązaniem oportunistycznym, opartym na konkretnym przypadku. Jeśli mamy do czynienia z przypadkiem (a), to proponowałabym koniecznie opracowanie i utrzymanie korporacyjnej strategii sieci bezprzewodowej, będącej częścią ogólnej strategii konwergencji technologii informatycznej z operacyjną (IT/OT). Natomiast w przypadku (b) posiadanie zidentyfikowanej Grupy Zadaniowej (Task Force) jako części grupy ds. konwergencji IT/OT będzie wystarczające do włączenia do dyskusji kwestii, w jaki sposób lub gdzie technologia bezprzewodowa będzie wykorzystana jako część konkretnej inicjatywy projektowej.

Czy są gałęzie przemysłu, które powinny wykorzystywać w większym stopniu przemysłowe sieci bezprzewodowe, ale tego nie czynią? Dlaczego?

Laurie Cavanaugh: Są to takie gałęzie przemysłu przetwórczego jak farmaceutyczny, biotechnologiczny, medyczny, spożywczy, kosmetyczny czy środków czystości. Ze względu na duże uzależnienie od sprzętu, firmy z tych branż mogą rzeczywiście rozpocząć tworzenie analityki opartej o dużej ilości danych czasu rzeczywistego.


Technologia bezprzewodowa jako strategia korporacyjna

 

Potwierdzenie / umowa / działanie / odpowiedzialność

 

Koordynacja technologii IT i OT (informatycznej z operacyjną)

▪️ Tak – sieć nie jest jedyną rzeczą, która musi być „zazębiona”

▪️ Wróg nie działa wewnątrz

 

Czy sieć bezprzewodowa jest końcem lub środkiem do osiągnięcia końca?

▪️ Należy w pełni zrozumieć problem (-y).

▪️ Czy sieć bezprzewodowa jest środkiem: „Potrzebujemy bezpiecznej i niezawodnej metody transportu danych”?

▪️ Czy siec bezprzewodowa jest końcem: „Nasze czujniki IIoT oraz sieć kratowa będą powiadamiać personel utrzymania ruchu, że wystąpił problem”?

 

W jaki sposób nowe korporacyjne polityki i praktyki IT zapewnią:

▪️ elastyczność,

▪️ bezpieczeństwo fizyczne i cyberbezpieczeństwo,

▪️ zwinność?

 

W jaki sposób systemy bezprzewodowe będą monitorowane, zarządzane i konserwowane?

▪️ Rozdzielenie zadań pomiędzy personel IT a OT;

▪️ Narzędzia monitorujące, ciągłe oceny, komunikacja!


Jaka jest przyszłość przemysłowych sieci bezprzewodowych?

Laurie Cavanaugh: Ewolucja spowodowana wielkością zebranych danych będzie oznaczała podejmowanie decyzji w pętli zamkniętej, dotyczących korygowania działania lub dostrajania parametrów sprzętu bez interwencji operatora. Ponadto, ponieważ mniejsze zaangażowanie operatorów i innych pracowników wspiera wykorzystywanie technologii uczenia maszynowego (ML) oraz modeli sztucznej inteligencji (AI), integralność tego uczenia maszynowego będzie kierowana (wspomagana) przez modele dla uzyskania poziomów bezpieczeństwa oraz jakości zgodnych ze standardami. Maszyny wymagają kalibracji, nie motywacji.

Dean Fransen: Wraz z większym dostępem do technologii dużej przepustowości bezprzewodowe sieci przemysłowe wyjdą poza tradycyjne metody sterowania i zbierania danych. Będzie można wyposażyć operatorów maszyn i techników utrzymania ruchu w podłączone do sieci urządzenia rozszerzonej rzeczywistości (AR), co będzie wspierało procesy produkcji. Pomyślmy o dostępie w czasie rzeczywistym do danych w celu rozwiązywania problemów ze sprzętem, uzyskania rysunków technicznych oraz wizualizacji procesów montażu.

Jakie zalecacie metody doprowadzania naszych przemysłowych sieci bezprzewodowych do poziomu dojrzałości?

Laurie Cavanaugh: Należy zrozumieć „realny” poziom dojrzałości waszej organizacji. Mam tu na myśli, że powinniście wykorzystać przedstawione tu informacje do pewnego samokształcenia, tak abyście mogli zadawać głębsze pytania w waszej organizacji oraz identyfikować obszary, w których technologia bezprzewodowa może już być wykorzystywana. Nie ma czegoś takiego jak „głupie pytanie”, jednak wiedza, jakie „inteligentne pytanie” zadać, pomoże wam w określeniu, gdzie mogą tkwić okazje do posunięcia waszej organizacji naprzód w wykorzystywaniu rozwiązań bezprzewodowych. Zależnie od tego, czego się nauczycie, możecie ponownie ocenić, gdzie się znajdujecie w spektrum dojrzałości. Gdy już zidentyfikujecie wasz stan obecny oraz nauczycie się więcej o tym, co jest możliwe dzięki sieci bezprzewodowej i jak mogłoby to pomóc waszej organizacji pod względem operacyjnym i finansowym, będziecie w lepszym położeniu, aby zaproponować w firmie wasze rozwiązanie i zorientować się, czy zyska ono zwolenników.

Czy macie jakąś poradę na temat cyklu życia bezprzewodowej sieci przemysłowej?

Laurie Cavanaugh: Myślę, że porada może być taka: cykl życia sieci bezprzewodowej lub zapowiedzi o zakończeniu czasu eksploatacji niekoniecznie są tak przerażające, jak mogłyby być kilka lat temu, ponieważ są opracowywane technologie, których celem jest likwidacja tej luki i dostarczenie translacji w postaci oprogramowania pośredniczącego (middleware). Istnieją rozwiązania, które likwidują tę lukę, tak więc możecie przygotować bardziej taktyczną strategię rozwiązania problemu sprzętu, który starzeje się w miarę upływu czasu.

Czy w sieciach komórkowych istnieją słabe punkty zabezpieczeń w porównaniu z sieciami prywatnymi?

Laurie Cavanaugh: Tak. Cyberbezpieczeństwo albo bezpieczeństwo sieci bezprzewodowej nie jest czymś oczywistym, tak więc przed wdrożeniem takiej sieci trzeba dobrze przemyśleć strategię bezpieczeństwa. Będzie ona określona w korporacyjnych standardach IT. Dlatego też stworzono grupę zadaniową albo strategię. Ta strategia musi być utrzymywana, aby chronić sieć przed obecnymi zagrożeniami.

Czy zetknęliście się z aplikacjami sieci 5G oraz technologii AI?

Laurie Cavanaugh: Adaptacja technologii AI w przestrzeni produkcyjnej była i jest powolna. Widziałam to w zakładach produkcji rozproszonej, takich jak wodociągowe i oczyszczalnie ścieków, gdzie istnieje wiele lokalizacji.

Co możecie powiedzieć na temat cyberbezpieczeństwa w sieciach bezprzewodowych?

Dean Fransen: Jak wasze rozwiązanie będzie sobie radzić z zabezpieczeniem dostępu do sieci? Czy możecie ograniczyć dostęp? Czy dane przesyłane w sieci są zaszyfrowane? Czy zastosowano ukrycie identyfikatora waszej sieci bezprzewodowej (SSID)? Podałem tylko kilka pytań, na które powinniście sobie odpowiedzieć.

Czy możecie omówić możliwe zastosowania wirtualnych sieci prywatnych (VPN) w sieciach operatorów komórkowych?

Dean Fransen: Bezprzewodowe podłączanie urządzeń za pomocą VPN do domeny korporacyjnej jest powszechne – pracownicy firm podłączają w ten sposób swoje laptopy i tablety. Podobną strategię można wykorzystać dla urządzeń IoT, jeśli wymagane jest bezpośrednie podłączenie do sieci korporacyjnej.

Jakie są zalety i wady sieci Wi-Fi zgodnej ze standardem IEEE 802.11 w porównaniu z siecią kratową Zigbee?

Dean Fransen: Sieć Zigbee to sieć kratowa, charakteryzująca się krótkim zasięgiem, małą przepływnością oraz niskim zużyciem energii. Każdy węzeł może się łączyć z siecią bezpośrednio lub za pomocą innego węzła (passthrough). Jest to pomocne przy zwiększaniu zasięgu oraz zwiększaniu niezawodności, ponieważ węzły mają różne ścieżki łączenia się z siecią. Wi-Fi oferuje natomiast większy zasięg i przesył dużej ilości danych, ale za to charakteryzuje się znacznie większym poborem energii.