قد يكتشف مشغل المرافق الذي يقوم بترقية نظام قياس عن بعد أن وحدة DTU الخلوية الأقل تكلفة لا يمكنها تلبية متطلبات الاستطلاع والصيانة عن بعد. في هذا الإعداد، تتولى العدادات أو برامج جمع البيانات المخصصة قراءة العدادات، بينما توفر وحدة DTU اتصال RS485 ونقل بيانات خلوية. على الرغم من أن قراءات العدادات المجدولة ترسل بنجاح إلى الخادم، إلا أن أوامر الاستطلاع عن بعد قد تواجه تأخيرات، وقد تزيد محاولات الاتصال المتكررة من استهلاك الطاقة، وقد تتجاوز تحديثات البرنامج الثابت نافذة الصيانة المتاحة. أي قدرة إضافية على التعامل مع البروتوكول أو قدرات جمع البيانات الآلي تعتمد على نموذج TD-DTU المحدد ويجب التحقق منها قبل النشر..
غالبا ما تنشأ هذه المشاكل من الاختيار بين LTE Cat 1 وNB-IoT.
تدعم كلتا التقنيتين الاتصال الخلوي بين الآلات. ومع ذلك، تختلفان في كيفية إدارة حجم البيانات، والوصول إلى الشبكة، والطاقة. يتطلب تحليل خيارات DTU لنقل البيانات اللاسلكي فحص دورة اكتساب البيانات بالكامل، وليس فقط عدد البايتات المرسلة إلى الخادم.
في حالة القياس الصناعي من تيسبرو، القضية الرئيسية هي ما إذا كان DTU يعمل كنقطة نهاية متصلة بشكل متقطع أو كجسر اتصال بين أجهزة الميدان ونظام الإدارة عن بعد.
1. كيف يختلف تقنيا بين 4G Cat 1 وNB-IoT؟
يستخدم حامل LTE معدلات ذروة تصل إلى 10 ميجابت في الثانية و5 ميجابت في الثانية للتحميل في LTE Cat 1. يمكن تحسين تغطية الشبكة باستخدام تقنيات أخرى وتقنية الإشارة الضيقة النطاق عبر حامل 180 كيلوهرتز مع NB-IoT.
تم تصميم NB-IoT لنقل البيانات الصغيرة وغير المتكررة، وللعمل لفترات طويلة على شحنة واحدة.
| عامل الهندسة | LTE الفئة 1 | NB-IoT |
| عرض النطاق الترددي للراديو | ناقل LTE القياسي | 180 كيلوهرتز |
| ذروة الإنتاجية | 10 ميجابت في الثانية DL / 5 ميجابت في الثانية UL | أقل بكثير؛ تختلف بين NB1 و NB2 |
| زمن استجابة الاستجابة | عموما أقل | يمكن أن تزداد بشكل كبير مع تكرار التغطية |
| إدارة الطاقة | يعتمد ذلك على تنفيذ المودم | PSM و eDRX هما من الميزات المركزية في التصميم |
| التنقل | تسليم LTE التقليدي | لا يوجد تسليم في الوضع المتصل التقليدي |
| ظروف التردد الراديوي الصعبة | يعتمد ذلك على جودة الإشارة وتكوين الهوائي | تعزيز التغطية من خلال البث المتكرر |
| عبء العمل النموذجي | جمع متعدد الأمتر والاتصال ثنائي الاتجاه | التقارير الدورية من نقاط النهاية الثابتة |
الفرق الفعلي في معدل النقل النظري نادرا ما يؤثر على زمن الاستجابة من طرف إلى طرف. عوامل أخرى، مثل إنشاء الاتصال، والتأخير عبر الترحيل الشبكي، والاعتراف من الخادم، قد تستغرق وقتا أطول من نقل البيانات نفسه.
هنا يصبح التصنيف الأول ذا صلة بالتبادلات المتكررة أو الانتقالات الكبيرة. كما أنه مهم في جلسات التواصل التي يجب الحفاظ على الاستجابة.
2. متى يكون LTE Cat 1 خيارا أفضل لوحدات DTU الصناعية؟
RS485 الاستطلاع والأوامر عن بعد
لنأخذ في الاعتبار وحدة DTU صناعية متصلة بعدة عدادات كهرباء عبر ناقل RS485. في إعداد استطلاع RTU نموذجي في مودباس، يرسل جهاز Modbus الرئيسي (مثل تطبيق جمع البيانات أو وحدة DTU ذات وظيفة رئيسية مدمجة في مودباس) طلبا إلى عداد معين باستخدام عنوانه التابع. يقوم العداد المعين بالتحقق من الطلب، بما في ذلك CRC الخاص به، ويعيد استجابة تحتوي على البيانات المطلوبة. ثم يتحقق المعلم من CRC للاستجابة المستلمة قبل المضي قدما في طلب الاستطلاع التالي. تتم عملية الطلب-الاستجابة هذه بشكل متسلسل، حيث يستجيب العداد المعنون فقط لكل طلب.
يمكن أن يؤدي العداد البطيء أو غير المستجيب إلى توقف دورة الاستطلاع.
لا يستطيع المودم فعل أي شيء حيال التأخيرات على ناقل RS485. لكن بمجرد حصوله على البيانات، يجب عليه نقلها كلها وطلبات البيانات الأخرى في الوقت المناسب.
LTE Cat 1 مناسب جدا للتركيبات التي تتطلب:
جمع البيانات في الوقت المناسب والتقارير: يؤكد النقل الموثوق للبيانات الخلوية عند اختبار المشروع فترات الاستطلاع والتقارير المطلوبة. يعتمد الأداء الفعلي على عوامل مثل معدل RS485 بود، وأوقات استجابة الجهاز، وعدد السجلات التي يتم قراءتها، وفترات التوقف أو إعادة الاتصال.
• الاتصال ثنائي الاتجاه: تغييرات عن بعد على معلمات العداد/وحدة التحكم؛ استفسارات تشخيصية؛ وقراءات العداد عند الطلب.
• الإبلاغ عن الأحداث في الوقت الحقيقي: إشعار فوري بانقطاع الكهرباء، استهلاك غير طبيعي، وإنذارات.
• تحديثات التكوين والبرمجيات عن بعد: نقل ملفات التكوين وحزم البرمجيات الثابتة عبر الاتصال "الدائم التشغيل".
يمكن ل NB-IoT أيضا دعم جمع العدادات المجدولة إذا كانت الحمولة صغيرة وفترة الجمع طويلة. توفر الاتصالات النزولي المستمر هو ما يضع ضغطا على شبكة NB-IoT.
عند استخدام NB-IoT، يمكن برمجة الجهاز ليدخل في حالة طاقة منخفضة. ومع ذلك، لا يمكن لنقطة النهاية النائمة الاستجابة لكل أمر خادم، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند تصميم التطبيق.
3. هل يستهلك NB-IoT دائما طاقة أقل؟
ليس دائما.
يمكن ل NB-IoT دعم وضع توفير الطاقة (PSM)، حيث يبقى الجهاز مسجلا لكنه يدخل في حالة طاقة منخفضة. يقلل eDRX من الفترة التي تتحقق فيها نقطة النهاية من التبديل (paging).
كلا الآليين يمكن أن يطيل عمر التشغيل في الأنظمة التي تعمل بالبطارية، لكنهما أيضا يحددان من متى يمكن للجهاز استقبال الأوامر.
يعتمد استهلاك الطاقة على دورة التقارير الكاملة:
متوسط التيار = إجمالي الشحن المستهلك لكل دورة / مدة الدورة
يجب أن يشمل المهندسون أربع حالات تشغيل:
• اكتساب جهاز قياس أو مستشعر
• تسجيل الشبكة ونقل البيانات
• إعادة الإرسال والاسترداد بعد فشل الاتصال
• فترات النوم الخامل أو النوم العميق
في ظل التغطية الضعيفة، قد يكرر NB-IoT الإرسال لتحسين موثوقية فك الترميز. تستهلك هذه التكرارات الطاقة وتزيد من وقت الاتصال.
قد يستفيد الجهاز الذي يبلغ مرة واحدة يوميا بشكل كبير من فترات نوم طويلة. قد يقضي وحدة DTU التي تتبادل البيانات كل بضع دقائق وقتا أطول بكثير في حالات الراديو النشطة، مما يقلل من هذه الميزة.
يمكن للفئة 1 أيضا دعم ميزات توفير الطاقة في بعض تكوينات الوحدات والشبكة. يجب التحقق من توفرها بدلا من الاستنتاج من فئة LTE.
بالنسبة لأي من التقنيتين، يجب أن تستخدم حسابات عمر البطارية ملفات التيار المقاسة، وظروف الإشارة الواقعية، وخفض البطارية — وليس أرقام تيار النوم في المودم فقط.
4. لماذا تؤثر التغطية واختيار البروتوكول على الموثوقية؟
تحسينات التغطية في NB-IoT تجعل التواصل من الأقبية أو غرف العدادات تحت الأرض أسهل.
بمجرد التسجيل في الشبكة، لا يعني ذلك أن الجهاز يمكنه التواصل بشكل موثوق مع خادم التطبيق.
في غياب اتصال مناسب مع خادم التطبيقات، قد ينتهي الأمر بالجهاز بمحاولات متكررة ومتكررة لإرسال حزم بيانات صغيرة إلى خادم التطبيق. وهذا يجعل تحميلات الملفات الكبيرة والتشخيصات التفاعلية الأخرى غير واقعية.
يمكن لبروتوكول التطبيق أن يلعب دورا أيضا.
عادة ما يعمل MQTT عبر TCP ويمكن تأمينه باستخدام TLS. عندما يتم تفعيل TLS، يمكن أن يضيف إعداد الجلسة والمصادقة عبئا إضافيا، خاصة إذا أعاد الجهاز الاتصال لكل تقرير.
قد يوفر نظام نقل آخر بتحكم وإدارة أقل كفاءة طاقة أفضل لحزم البيانات الصغيرة.
•ما هي العوامل الأخرى التي يجب أخذها في الاعتبار قبل اختيار المودم؟
• هل يدعم المشغل المحلي فئة LTE ونطاقات الهدف المقصود؟
• هل ستلبي الاتصالات MQTT أو UDP أو TCP متطلبات التطبيق من حيث الوقت؟
• هل سيضمن الموقع المخطط للجهاز جودة إشارة كافية للاتصال؟
• هل يمكن للجهاز التعامل مع الجلسات التي تتوقف عن الاتصال؟ ماذا يحدث إذا لم يتم استقبال التأكيدات؟ هل يتم إعادة الإرسال بشكل صحيح؟
LTE Cat 1 و NB-IoT ليسا متطابقين، فقط لأن كلاهما يستخدم شبكات خلوية. المودم الذي يدعم LTE لا يعني أنه يدعم NB-IoT، وتغطية المشغل تختلف حسب المنطقة.
5. كيف يدعم تيسبرو جمع بيانات الجيل الرابع الصناعي؟
تيسبرو'مع TD-DTU-SE وTD-DTU-PROتوفر مواصفات المنتج للأجهزة دعم LTE Cat 1 و4 و6.
لدى تيسبرو ميزات موثقة للاتصالات الصناعية تشمل:
• واجهات RS232 وRS485 لربط الأجهزة وأجهزة الميدان.
• بروتوكولات مودباس وDLMS لتطبيقات القياس والمرافق.
• بروتوكولات TCP/UDP وMQTT لاتصالات البيانات.
• شريحة SIM مزدوجة وeSIM لتواصل البيانات المرن والمتكرر.
• عدة أوضاع لجمع البيانات.
يحتوي جهاز TD-DTU-PRO على واي فاي 4 للاتصال المحلي والتشغيل.
تتيح هذه الميزات للمهندسين دمج بنية القياس التحتية وأجهزة الميدان باستخدام الاتصال الخلوي.
قبل شراء العتاد، يجب التحقق من فئة المودم، ونطاقات LTE، وتكوين الشريحة، ووظائف البروتوكول.
6. ما الذي يجب اختباره قبل النشر واسع النطاق؟
الاتصال الناجح على منصة الطاولة لا يثبت موثوقية المجال. يجب أن يعيد اختبار القبول إنتاج جدول الاتصال التطبيقي، وظروف الإشارة الضعيفة، وسيناريوهات الاسترداد.
| اختبار التحقق | ما الذي يجب قياسه | مخاطر الفشل |
| التصويت متعدد القياس | دورة الاستحواذ الكاملة | مهلة تدريبية أو تأخير الإبلاغ |
| نقل الإشارة الضعيفة | وقت التسليم وتكرار إعادة المحاولة | التأخير المفرط أو استهلاك الطاقة |
| انقطاع الشبكة | إعادة الاتصال واستعادة البيانات | سجلات مفقودة أو مكررة |
| الأوامر عن بعد | زمن الاستجابة من البداية إلى النهاية | تأخير تنزيل غير مقبول |
| دورة التشغيل | سلوك التشغيل الحالي والتسجيل | عدم استقرار العرض أو فشل التعافي |
| نقل البرنامج الثابت | زمن الإكمال والتعامل مع الانقطاع | تحديثات غير مكتملة أو فاشلة |
يجب أن تأتي معايير القبول من متطلبات التشغيل الفعلية. قد يتسامح تقرير الاستهلاك اليومي مع تأخير التسليم؛ أما العملية الصناعية التي يتم التحكم بها عن بعد فلا يجوز لها.
بالنسبة لمعظم تطبيقات DTU متعددة الأجهزة التي تتطلب استطلاعا متكررا ووصولا ثنائي الاتجاه، فإن LTE Cat 1 هو نقطة البداية الأكثر عملية. يستحق NB-IoT النظر عندما تكون نقاط النهاية ثابتة، ويكون التقارير نادرا، وتقليل استهلاك الطاقة يفوق متطلبات وقت الاستجابة.
توفر TESPRO تكوينات DTU الخلوية الصناعية لجمع البيانات التسلسلية والقياس عن بعد. اطلع على منتجات وحدة نقل البيانات لدينا أو تواصل مع فريقنا لمزيد من المساعدة بخصوص واجهة العداد، الشبكة، وجدول التقارير للتكوين.
الأسئلة الشائعة
س1. هل تقدم Tespro وحدة DTU من نوع 4G Cat 1 لنقل البيانات اللاسلكية؟
نعم. توفر أجهزة TD-DTU-SE وTD-DTU-PRO من Tespro تقنية LTE Cat 1 ضمن تكويناتها الخلوية المتاحة لنقل البيانات الصناعية.
س2. هل يمكن لوحدات TTU من Tespro DTU نقل بيانات العدادات عبر MQTT؟
نعم. تشمل مواصفات وحدة DTU الخاصة بتسبرو اتصالات MQTT وTCP وUDP لنقل البيانات المجمعة إلى الخوادم البعيدة.
س3. أيهما أفضل للقياس الذكي، LTE Cat 1 أم NB-IoT؟
عادة ما يكون LTE Cat 1 أفضل للاستطلاعات المتكررة والأوامر عن بعد. يناسب NB-IoT التقارير المتقطعة ومنخفضة الحجم من العدادات الثابتة.
س4. هل يمكن لوحدات TTU من Tespro DTU الاتصال بعدادات كهرباء RS485؟
نعم. توفر TD-DTU-SE وTD-DTU-PRO واجهات RS485 وRS232 لتوصيل عدادات الكهرباء المتوافقة والأجهزة الصناعية.
س5. ما هي البروتوكولات الصناعية التي تدعمها وحدات TTUs من Tespro؟
تقدم Tespro بروتوكولات القياس Modbus RTU، Modbus TCP، DLMS، IEC 1107، وغيرها من بروتوكولات القياس. تعتمد الوظائف الدقيقة على النموذج المختار.
