SCADA Radio Vs LoRaWAN Vs Cellular: تاخیر، پوشش، و معاوضه‌های قطعی

وقتی زنگ از راه دور دیر می رسد، مشکل به ندرت فقط قدرت سیگنال است. چرخه‌های نظرسنجی، حالت‌های خواب دستگاه، بازگشت به دروازه، وابستگی‌های حامل، و روش‌های بازیابی همگی تعیین می‌کنند که آیا اپراتورها داده‌های قابل استفاده را در صورت بدتر شدن شرایط دریافت می‌کنند یا خیر. LoRaWAN لینک‌های باطری کارآمد را در اولویت قرار می‌دهد و از کلاس‌های دستگاه برای مدیریت در دسترس بودن لینک پایین استفاده می‌کند، در حالی که گزینه‌های اینترنت اشیای سلولی در تأخیر و رفتار پوشش متفاوت هستند.

انتخاب بین بنابراین رادیو SCADA در مقابل LoRaWAN و سلولی به معنای مقایسه پیامدهای عملیاتی است، نه محدوده عنوان. مقایسه پیش رو به تطبیق سایت های کنترل ثابت، شبکه های حسگر متراکم، دارایی های موبایل و عملیات حساس به قطع با مناسب ترین معماری کمک می کند.

 

با Traffic شروع کنید، نه با برگه مشخصات رادیویی

شبکه را با حجم کاری مطابقت دهید

با پیام هایی که سیستم باید حمل کند شروع کنید. یک شبکه ثابت یا صنعتی ممکن است واحدهای پایانه راه دور را مرتب نظرسنجی کند، آلارم ها را جمع آوری کند، تأییدیه ها را تأیید کند و دستورات اپراتور را ارسال کند. این ترافیک مسیری را ترجیح می‌دهد که بارگذاری، قوانین امتحان مجدد و زمان‌بندی آن را می‌توان در اطراف فرآیند مهندسی کرد. رادیو SCADA خصوصی اغلب نقطه شروع است زیرا اپراتور ایستگاه اصلی، رادیوهای راه دور، تکرارکننده‌ها و طرح نظرسنجی را کنترل می‌کند.

LoRaWAN متناسب با حجم کاری متفاوت است. این برای دستگاه های باتری دار که بسته های کوچک را ارسال می کنند بهینه شده است و معماری استاندارد آن انتظار دارد که ترافیک uplink غالب باشد. درگاه‌ها پیام‌ها را از طریق IP به سرور شبکه مرکزی منتقل می‌کنند، بنابراین برای بسیاری از حسگرهای ثابت مناسب است که به‌صورت دوره‌ای گزارش می‌دهند، زمانی که کنترل فوری downlink اولویت ندارد.

تلفن همراه زمانی جذاب می شود که دارایی ها پراکنده شوند، جابجا شوند یا به فراتر از یک منطقه خدمات خصوصی حرکت کنند. هر سایت می تواند بدون ایجاد شبکه رادیویی توسط اپراتور در سراسر قلمرو متصل شود. با این حال، پوشش، اولویت‌های بازسازی و بخش‌هایی از مسیر انتها به انتها، خارج از کنترل تیم اسکادا باقی می‌مانند.

به خوانندگان یک مقایسه یک صفحه ای بدهید

جدول زمینه را محدود می کند اما نمی تواند شبکه را انتخاب کند. از آن به عنوان یک ابزار غربالگری به جای مشخصات عملکرد استفاده کنید. عملکرد واقعی به مسیر هشدار کامل، نصب فیزیکی و عواقب از دست دادن هر یک از اجزا بستگی دارد.

 

تأخیر واقعاً یک مشکل هشدار به عمل است

کل مسیر پیام را اندازه گیری کنید

تأخیر SCADA باید از یک رویداد میدانی تا یک نشانه عملی یا فرمان کامل اندازه گیری شود، نه از یک اتصال رادیویی به دیگری. کل شامل چرخه اسکن RTU، فاصله نظرسنجی یا گزارش، دسترسی به کانال، زمان پخش بسته، ارسال مجدد، پردازش دروازه یا حامل، بک هاول، مدیریت سرور، و به روز رسانی برنامه است.

اگر دستگاه بخوابد، نظرسنجی های اصلی به ندرت انجام شود یا بسته های مکرر در شرایط سیگنال ضعیف مورد نیاز باشد، یک پیوند اسمی سریعتر همچنان می تواند زنگ هشدار کندتری را ارائه دهد. بنابراین تله متری معمول، آلارم های اولویت، تصدیق ها و فرمان های کنترلی نیاز به زمان بندی جداگانه دارند. ممکن است یک به‌روزرسانی پنج دقیقه‌ای متر قابل قبول باشد، در حالی که زنگ هشدار خروج پمپ ممکن است نیاز به تحویل و تأیید در عرض چند ثانیه داشته باشد. گزارش استثناء همچنین به یک پنجره سعی مجدد تعریف شده نیاز دارد: اگر از دست دادن بسته تلاش بعدی را برای چند دقیقه به تعویق بیاندازد، اولین تلاش سریع ارزش کمی دارد.

جایی که رادیو SCADA می تواند قابل پیش بینی تر باشد

یک شبکه رادیویی خصوصی SCADA می‌تواند زمان‌بندی قابل پیش‌بینی‌تری را ارائه دهد زیرا اپراتور مدل ترافیک را کنترل می‌کند. چرخه‌های نظرسنجی می‌توانند با تعداد سایت‌های راه دور مطابقت داشته باشند، در حالی که طرح‌های کانال، محدودیت‌های تلاش مجدد، مسیرهای تکرارکننده و بارگیری تحت کنترل مهندسی محلی باقی می‌مانند.

قابل پیش بینی هنوز باید به دست آورد. حاشیه محو ضعیف، تداخل، آسیب آنتن یا تکرار کننده بیش از حد می تواند زمان پاسخ را افزایش دهد. محاسبات ظرفیت باید شامل نظرسنجی معمولی، انفجار زنگ همزمان، تلاش مجدد، تشخیص و رشد آینده باشد.

سری WDS SCADA از انتقال شفاف RS-232 و RS-485 پشتیبانی می کند، در حالی که انواع IP اتصال اترنت را اضافه می کنند. واحدهای انتخابی همچنین از عملیات مداوم و عیب یابی در سطح شبکه پشتیبانی می کنند. این قابلیت ها می توانند اتصالات به RTU های موجود را ساده کرده و دید را در مسیر ارتباطات خصوصی بهبود بخشند، اما آنها جایگزین محاسبات بودجه پیوند و ترافیک نمی شوند.

زمان بندی Downlink LoRaWAN به کلاس دستگاه بستگی دارد

تأخیر LoRaWAN ارتباط نزدیکی با رفتار دستگاه دارد. دستگاه‌های کلاس A که باز می‌شوند، پنجره‌هایی را پس از یک پیوند بالا دریافت می‌کنند، بنابراین یک لینک پایین ناخواسته معمولاً منتظر می‌ماند تا دستگاه ارسال شود. کلاس B فرصت‌های دریافت برنامه‌ریزی شده را اضافه می‌کند، در حالی که کلاس C گیرنده را در زمانی که دستگاه ارسال نمی‌کند باز نگه می‌دارد و به قیمت مصرف انرژی بیشتر، تاخیر را کاهش می‌دهد.

انتخاب کلاس باعث حذف زمان پخش، ازدحام، دروازه یا تأخیر بک هال نمی شود. برای رادیو SCADA در مقابل برنامه‌ریزی LoRaWAN ، اندازه‌گیری‌های دوره‌ای و گزارش‌های استثنا به طور طبیعی با LoRaWAN مطابقت دارند، در حالی که تأیید مکرر و دستورات حساس به زمان نیاز به آزمایش دقیق دارند. آزمون باید از کلاس نهایی، فاصله گزارش، بارگذاری، خط مشی تایید و بار دروازه استفاده کند.

تاخیر سلولی با وضعیت اتصال تغییر می کند

تأخیر سلولی یک عدد ثابت نیست. یک دستگاه متصل به طور مداوم ممکن است به سرعت پاسخ دهد، در حالی که یک مودم صرفه جویی در مصرف انرژی ممکن است نیاز به بیدار کردن، از سرگیری سرویس، ثبت نام یا تکرار ارسال ها در پوشش ضعیف داشته باشد. مسیریابی حامل، پردازش VPN و برنامه های ابری می توانند تاخیر بیشتری را ایجاد کنند. انتقال بین سلول‌های خدمت‌رسان نیز ممکن است برای دارایی‌های متحرک مهم باشد، به‌ویژه زمانی که یک برنامه انتظار یک جلسه مداوم را دارد.

LTE-M به طور کلی از تأخیر کمتر و توان عملیاتی بالاتر نسبت به NB-IoT پشتیبانی می کند. NB-IoT بیشتر بر روی دستگاه های کم توان، پوشش گسترده و برنامه هایی با تحمل تاخیر بیشتر تمرکز می کند. آزمایش میدانی باید وضعیت توان مورد نظر، محل قرارگیری آنتن، سطح سیگنال، الگوی گزارش و مسیر کاربرد را بازتولید کند.

 

پوشش بستگی به این دارد که چه کسی مایل گمشده را در اختیار دارد

پوشش رادیویی خصوصی باید مهندسی شود

پوشش رادیویی خصوصی ایجاد شده است، نه خریداری شده است. ارتفاع آنتن، بهره، از دست دادن کابل، حساسیت گیرنده، زمین، فاصله از منطقه فرنل، ساختمان‌ها، پوشش گیاهی، نویز محلی و حاشیه محو شدن تعیین می‌کنند که آیا یک مسیر قابل استفاده باقی می‌ماند یا خیر. تکرارکننده‌ها می‌توانند ناحیه خدمات را تغییر شکل دهند، اما سایت‌های برق‌دار و تعهدات نگهداری را اضافه می‌کنند. قرار دادن آنها باید از ایجاد یک رله منفرد که خرابی آن کل شاخه ای از ایستگاه های راه دور را قطع می کند، اجتناب کند.

ارقام حداکثر فاصله ورودی های غربالگری هستند، نه معیارهای پذیرش. آزمایش باید از فرکانس نهایی، نرخ داده، آنتن، ارتفاع نصب، محفظه، بار نظرسنجی و هدف موفقیت بسته استفاده کند. شاخ و برگ های فصلی یا تغییر فعالیت های صنعتی نیز باید در صورت لزوم در نظر گرفته شود.

مالکیت هم مزیت است و هم بار. اپراتور می تواند یک آنتن را بلند کند، یک تکرار کننده را تغییر مکان دهد، قطعات یدکی را ذخیره کند و تعمیرات را در اولویت قرار دهد. همین تیم باید خطوط تغذیه، سایت‌های برج، حفاظت در برابر صاعقه، برق پشتیبان و زیرساخت اصلی را حفظ کند.

پوشش LoRaWAN بیش از پیوند RF را شامل می شود

پوشش LoRaWAN چندین لایه دارد. یک دستگاه پایانی به یک مسیر قابل دوام به یک دروازه نیاز دارد. آن دروازه باید برق باقی بماند و به سرور شبکه متصل باشد. و سرور همچنان باید ترافیک را به برنامه هدایت کند. در یک معماری استاندارد LoRaWAN، دروازه‌ها به عنوان فورواردکننده‌های لایه فیزیکی عمل می‌کنند که بسته‌ها را از طریق ستون فقرات IP به سرور شبکه ارسال می‌کنند.

این معماری به همین دلیل است که LoRa و LoRaWAN باید از هم جدا شوند. رادیو و ماژول محصور WDS LoRaData از فناوری طیف گسترده LoRa برای داده های شفاف با سرعت پایین و پشتیبانی از شبکه رله استفاده می کند، اما آنها یک سیستم دروازه و سرور LoRaWAN کامل نیستند. محدوده منتشر شده باید به عنوان ورودی نظرسنجی در نظر گرفته شود و در سطح قابلیت اطمینان مورد نیاز تأیید شود. تنوع دروازه می تواند دریافت را بهبود بخشد، اما تنها زمانی که دروازه های اضافی دارای قدرت مستقل، پس انداز و مکان های مناسب باشند.

نقشه های سلولی یک نقطه شروع هستند، نه پذیرش سایت

Cellular نیاز به ساخت زیرساخت‌های وسیع را برطرف می‌کند، اما نقشه نمی‌تواند به طور کامل یک مودم زیر درجه، داخل یک کابینت فلزی، پشت سازه‌های صنعتی یا کار بر روی یک باند ضعیف را نشان دهد. آزمایش پذیرش باید از مودم، آنتن، کابل، محفظه، حالت برق و ارتفاع نصب استفاده کند.

مهندسان باید کیفیت سیگنال را در طول زمان ثبت کنند و تحویل پیام را آزمایش کنند نه اینکه صرفاً ثبت نام را تأیید کنند. خواندن تلفن در ارتفاع قفسه سینه جایگزین اندازه گیری در محل آنتن نهایی نیست. مزیت اصلی پوشش سلولی تحرک است، اگرچه اپراتور نمی تواند مستقیماً سایت سلول را تعمیر کند، هسته حامل را تغییر دهد یا اولویت های بازیابی را تعیین کند.

 

قطعی ها برنده را تغییر می دهند

قبل از انتخاب، دامنه شکست را نقشه برداری کنید

هر معماری ممکن است شکست بخورد، اما دامنه شکست متفاوت است. رادیو SCADA خصوصی به توان میدانی، آنتن‌ها، خطوط تغذیه، تکرارکننده‌ها، ایستگاه اصلی و مسیر RF بستگی دارد. LoRaWAN برق دروازه، پشتیبان IP، در دسترس بودن سرور شبکه و اتصال برنامه را اضافه می کند. تلفن همراه به سیگنال محلی، ثبت مودم، برق سایت سلولی، بک هاول برج، خدمات هسته حامل، تامین و مسیر برنامه خارجی بستگی دارد.

تأثیر را باید به سه سؤال تقسیم کرد: آیا اتاق کنترل دید مستقیم را از دست داده است، آیا داده ها بعداً بازیابی می شوند و آیا کنترل از راه دور نیز از بین رفته است؟ این نتایج یکسان نیستند. ممکن است یک سایت به طور ایمن به اتوماسیون محلی ادامه دهد، در حالی که ارتباطات در دسترس نیست، یا ممکن است به پاسخ اپراتور نیاز داشته باشد که بدون پیوند کاری انجام نشود. طرح خاموشی همچنین باید نحوه نمایش مقادیر قدیمی را مشخص کند تا اپراتورها داده های قدیمی را با شرایط فعلی اشتباه نگیرند.

زیرساخت های خصوصی به سازمان کنترل مستقیم روی قطعات یدکی، تشخیص و تعمیر اولویت می دهد. زیرساخت‌های عمومی دارایی‌های تحت مالکیت را کاهش می‌دهد اما بازسازی را با یک اپراتور خارجی انجام می‌دهد. سیستم‌های ارتباطی همچنین برای تولید پشتیبان به برق، خدمات فناوری اطلاعات و سوخت وابسته هستند، بنابراین یک حادثه منطقه‌ای می‌تواند باعث خرابی‌های آبشاری فراتر از پیوند رادیویی شود.

ایجاد انعطاف پذیری در مورد ریسک فرآیند

طراحی انعطاف‌پذیر با پیامدهای فرآیند شروع می‌شود، نه با مودم دوم. تیم مهندسی باید ایجاد کند:

●  حداکثر زنگ هشدار و تاخیر فرمان قابل قبول.

●  کدام کنترل ها باید در هنگام از دست دادن ارتباطات محلی باقی بمانند.

●  RTU می‌تواند چه مقدار داده را پس از بازیابی زمان‌بندی و ارسال کند.

●  چه کسی می تواند هر نقطه خرابی را تشخیص و تعمیر کند.

●  هزینه عملیاتی زنگ هشدار از دست رفته یا فرمان تاخیری.

یک شبکه زمانی معقول است که حالت خرابی آن قابل قبول باشد. رادیو SCADA خصوصی برای عملیات ثابتی که زمان بندی و پوشش کنترل شده ارزش دارد، مناسب است. LoRaWAN برای سنجش تأخیر در بسیاری از نقاط پایانی کم مصرف مناسب است، در حالی که لباس‌های سلولی پراکنده یا دارایی‌های تلفن همراه که پوشش خصوصی نامتناسب است.

طرح‌های ترکیبی زمانی توجیه می‌شوند که هزینه خاموشی اجتناب‌شده از پیچیدگی اضافه شده بیشتر باشد. الگوهای رایج عبارتند از رادیو SCADA با پشتیبان‌گیری سلولی، دسترسی حسگر LoRaWAN با backhaul دروازه سلولی، یا سلولی به عنوان مسیر اصلی با رادیو خصوصی حفظ شده برای سایت‌های مهم. مسیرها باید واقعا مستقل باشند. پیوندهای به اشتراک گذاری برق، یک برج، روتر، بک هاول یا سرور برنامه ممکن است با هم خراب شوند. منطق شکست باید زمان تشخیص، انتخاب مسیر، کنترل هشدار، تطبیق داده ها و شرایط بازگشت به مسیر اصلی را مشخص کند.

تخریب برازنده اغلب انعطاف پذیری بیشتری نسبت به رادیو دیگری به تنهایی می افزاید. همچنین این احتمال را کاهش می دهد که یک حادثه ارتباطی به یک حادثه کنترل فرآیند تبدیل شود. منطق حالت امن محلی، صف‌های هشدار اولویت، داده‌های ذخیره و ارسال، برق پشتیبان، هشدارهای سلامت پیوند، اتصالات متقابل ثانویه، روش‌های تداوم و تست‌های خرابی برنامه‌ریزی‌شده، از فرآیند قبل از بازگشت ارتباطات محافظت می‌کنند.

 

نتیجه گیری

معماری مناسب بستگی به این دارد که آلارم‌ها با چه سرعتی باید وارد شوند، دارایی‌ها در کجا قرار دارند، و چه چیزی باید در طول قطعی عملیاتی باقی بماند. رادیو SCADA کنترل بیشتری را برای سایت‌های ثابت ارائه می‌دهد، LoRaWAN مناسب ترافیک سنسور کوچک و تحمل‌پذیر است، و سلولی از تجهیزات پراکنده یا متحرک به طور گسترده پشتیبانی می‌کند. بنابراین، تصمیم رادیویی SCADA در مقابل LoRaWAN باید در برابر تأخیر واقعی، پوشش و الزامات بازیابی آزمایش شود.

Shenzhen Sinosun Technology Co. Ltd. رادیوهای داده دیجیتال SCADA و محصولات انتقال مبتنی بر LoRa را ارائه می‌کند که می‌توانند از لینک‌های تله‌متری خصوصی، اتصال حسگر و طراحی‌های شبکه انعطاف‌پذیر پشتیبانی کنند، بدون اینکه هر برنامه کاربردی را به یک مدل ارتباطی وادار کند.

 

سوالات متداول

س: آیا LoRaWAN برای سیستم های SCADA مناسب است؟

پاسخ: LoRaWAN برای نظارت دوره ای و پیام های حسگر کوچک مناسب است، اما لینک های پایین کلاس A ممکن است منتظر یک پیوند بالا باشند. کنترل زمان بحرانی معمولاً به کلاس C، رادیو خصوصی یا مسیر پاسخگو دیگری نیاز دارد.

س: رادیو SCADA در مقابل LoRaWAN کدام بهتر است؟

پاسخ: رادیو SCADA به طور کلی با سایت‌های ثابتی که نیاز به نظرسنجی و دستورات قابل پیش‌بینی دارند، مناسب است. LoRaWAN برای بسیاری از سنسورهای کم مصرف که بسته‌های کوچک با تحمل تاخیر را از طریق دروازه‌ها ارسال می‌کنند، مناسب‌تر است.

س: آیا LoRaWAN می تواند جایگزین اتصال سلولی شود؟

پاسخ: LoRaWAN می‌تواند جایگزین سنسورهای ثابت و کم داده در پوشش دروازه‌های سلولی شود. تلفن همراه برای دارایی‌های تلفن همراه، پوشش عمومی گسترده‌تر و برنامه‌هایی که نیاز به لینک‌های پایین مکرر دارند، کاربردی‌تر است.

س: کدام گزینه کمترین تأخیر را دارد؟

A: یک رادیو SCADA که به خوبی مهندسی شده است می تواند زمان قابل پیش بینی را ارائه دهد. تلفن همراه در صورت اتصال مداوم می تواند سریع باشد، در حالی که تأخیر LoRaWAN با کلاس دستگاه، زمان پخش، ازدحام، و بک هاول متفاوت است.

س: آیا LoRaWAN پوشش بهتری نسبت به تلفن همراه ارائه می دهد؟

پاسخ: هیچکدام پوشش جهانی بهتری ندارند. LoRaWAN به موقعیت دروازه، زمین، آنتن ها و شرایط رادیویی بستگی دارد. عملکرد سلولی به استقرار حامل، قابلیت دستگاه، ظرفیت و شرایط نصب بستگی دارد.

س: وقتی شبکه ارتباطی قطع می شود چه اتفاقی می افتد؟

پاسخ: اگر مسیرهای برق محلی و RF در دسترس باشند، رادیو SCADA خصوصی ممکن است ادامه یابد. LoRaWAN و سلولار همچنین می‌توانند از طریق گیت‌وی، بک‌هول، سرور، برج یا وابستگی‌های شبکه اصلی شکست بخورند.