Jak rozwiać obawy przed wdrażaniem komunikacji bezprzewodowej?

Dzięki komunikacji bezprzewodowej można tworzyć rozwiązania elastyczne, mobilne i tanie. Wielu potencjalnych użytkowników ma jednak obawy o bezpieczeństwo, niezawodność i przepustowość takich sieci, dlatego wciąż wybierają komunikację przewodową.
Czy lepsza jest komunikacja bezprzewodowa czy przewodowa? Nie istnieje jednoznaczna odpowiedź na to pytanie, gdyż każda z tych technologii jest inna. Aby sprostać wymaganiom użytkowników, opracowano wiele odmian komunikacji bezprzewodowej. Czy znajdą one zastosowanie w każdej aplikacji? Zdecydowanie nie. Komunikacja bezprzewodowa to po prostu elastyczna, mobilna i tania komunikacja, jednak wielu potencjalnych użytkowników ma obawy o bezpieczeństwo, niezawodność i przepustowość takich sieci. Spróbujmy zatem przeanalizować te kwestie.
Bezpieczeństwo
Temat bezpieczeństwa jest zwykle poruszany w pierwszej kolejności. Inżynierowie utrzymania ruchu chcą mieć gwarancję nieprzerwanej produkcji i pewność, że proces nie zostanie zakłócony, a urządzenia uszkodzone. Inżynierowie IT wymagają z kolei, aby bezprzewodowa sieć współpracowała dobrze z istniejącą już infrastrukturą w zakładzie oraz by poufne dane były bezpieczne i chronione przed nieautoryzowanym dostępem. Obawy inżynierów utrzymania ruchu i inżynierów IT są różne, ale należy traktować je równie poważnie.
Technologie zapewniające bezpieczeństwo bezprzewodowej transmisji są dość dobrze znane, ale to nie wystarcza – trzeba umieć określić, w jaki sposób ją wykorzystać, aby osiągnąć założony cel. Zastosowanie nowoczesnych metod szyfrowania pomaga utajnić dane. Filtracja i zaawansowane metody autoryzacji zapobiegają nieautoryzowanemu dostępowi do danych. Istnieje wiele poradników dotyczących bezpieczeństwa zarówno w sieciach przewodowych, jak i bezprzewodowych. Również wiele rządów państw opracowało i udostępnia reguły gromadzenia, przetwarzania i przesyłania informacji niejawnych.
Warto pamiętać, że interesy inżynierów utrzymania ruchu i inżynierów IT są równie ważne i należy je rozpatrywać wspólnie. Każdy z pracowników ma własne doświadczenie, które można wykorzystać. Inżynierowie utrzymania ruchu wiedzą, co powoduje najczęstsze zatrzymania linii i jak ich uniknąć. Inżynierowie IT potrafią analizować złożone systemy informatyczne i komunikacyjne. Inżynierowie mogą uzupełniać siebie nawzajem – o ile tylko potrafią współpracować.
IT na pokładzie
Pozwól działowi IT działać – jego pracownicy mają prawdopodobnie większą wiedzę dotyczącą urządzeń i protokołów sieciowych, a także topologii i sposobów łączenia sieci różnych typów. Jeśli zbudujesz sieć bez konsultacji z działem IT, nie licz na późniejszą łatwą współpracę – na pewno będą wytykać ci różne błędy.
Zaufaj swoim integratorom. Powinni rozumieć potrzeby i wymagania różnych działów i zaproponować rozwiązanie, z którego wszyscy będą zadowoleni.
Organizuj spotkania, przy których pracownicy będą mogli wyrażać swoje zdanie. Wspólnie opracujcie wskaźniki, które pomogą ocenić, czy sieć bezprzewodowa jest tak samo bezpieczna jak sieć przewodowa. Wykorzystuj takie standardy komunikacji, które gwarantują bezpieczeństwo i dobrze współpracują z obecnym systemem IT. Czasem wymaga to dużej walki z biurokracją.
W przemyśle farmaceutycznym, dla przykładu, przechowywanie i przetwarzanie niejawnych danych podlega ściśle określonym procedurom, dlatego dział IT może być szczególnie wyczulony nawszelkie luki w bezpieczeństwie. Ważne, aby jasno określić, czego potrzebujesz od działu IT i jakie są jego wymagania – pozwoli to na pełne i świadome wykorzystanie potencjału nowej technologii w zakładzie.
Ktoś może w tym momencie zapytać: „Jestem z działu utrzymania ruchu, a w moim systemie pojawiły się urządzenia IT. Kto w razie awarii jest za nie odpowiedzialny? Jak szybko mogą być zdiagnozowane i naprawione?”.
Tu sytuacja zaczyna się komplikować. Na co dzień zajmujemy się sterowaniem. Porzucenie naszego systemu nie leży w naszej naturze. Określenie, kto jest odpowiedzialny za bezprzewodową sieć, bywa trudne, ale warto zastosować te same reguły, które dotyczą komunikacji Ethernet. W niektórych przypadkach dział IT zajmuje się wszystkim, co jest podłączone do sieci Ethernet, w innych do działu utrzymania ruchu należą tylko te urządzenia, które mają wpływ na przebieg procesu. Czasami dział IT podejmuje ważne decyzje dotyczące sieci, ale to dział utrzymania ruchu jest odpowiedzialny za instalację i konserwację systemu. Niezależnie od tego, kto i w jakim stopniu jest odpowiedzialny za sieć, ważne, aby obowiązki każdego działu były jasno określone. Równie ważna jest wybrana technologia bezprzewodowa i dostępne narzędzia diagnostyczne – muszą wspomagać pracę zarówno działu IT, jak i utrzymania ruchu.
Narzędzia diagnostyczne dla obu działów mogą się różnić. Posiadanie właściwego jest często warunkiem rozwiązania problemu. Świat IT posługuje się narzędziami bazującymi na protokole SNMP (simple network management protocol), który jest obsługiwany przez niektóre z radiowych urządzeń przemysłowych. Narzędzia diagnostyczne wyższego poziomu mogą wykorzystywać np. protokół OPC do gromadzenia i przetwarzania danych na potrzeby systemu sterowania.
Chociaż w różnych zakładach obowiązują różne zasady, obserwuje się trend przekazywania odpowiedzialności za komunikację działom utrzymania ruchu. Niezależnie, czy mamy do czynienia z komunikacją bezprzewodową czy przewodową, jeśli proces zatrzymuje się, najpierw dzwoni telefon menedżera produkcji.
Niezależnie, czyim zadaniem jest obsługa sieci, poszukiwanie błędów w sieciach bezprzewodowych różni się od rozwiązywania problemów w sieciach Ethernet. Sieć bezprzewodowa nie jest namacalna, nie możesz jej dotknąć ani złapać. Jest za to bardzo podatna na zakłócenia, które trudno zidentyfikować i wyeliminować. Dlatego właśnie tak istotne są odpowiednie narzędzia diagnostyczne. Równie ważna jest dobrze wyszkolona obsługa. Wybierz takiego dostawcę sprzętu, który zagwarantuje właściwe wsparcie w czasie wdrażania systemu oraz jego obsługi. Dzięki temu pracownik, który do tej pory zajmował się sieciami przewodowymi, będzie w stanie przeprowadzać skuteczną diagnostykę sieci bezprzewodowych.
Przepustowość
Skąd mam wiedzieć, że przepustowość bezprzewodowej sieci będzie wystarczająca, zwłaszcza jeśli system sterowania jest wciąż modyfikowany i ulepszany?
Po pierwsze, poznaj wymagania sieci, określ cele i środowisko, w którym sieć będzie pracować. Określ odległości i wymagane prędkości? Czy potrzebny jest zdalny dostęp do sieci z zewnątrz zakładu? Czy będzie pracować wewnątrz czy na zewnątrz budynków? Czy w obszarze sieci znajdują się duże, odbijające powierzchnie lub ruchome, obracające lub drgające części? Spróbuj określić, jak będzie wyglądał ruch w twojej sieci. Jest wiele rodzajów sieci dla różnych aplikacji.
Po drugie ostrożnie wybierz dostawcę usługi. Szukaj dostawcy przemysłowej technologii, który będzie w stanie zaoferować skalowalne rozwiązanie rozwijane wraz z twoim przedsiębiorstwem. Wybierz dostawcę, który zna twoje obecne urządzenia i rozumie proces. Miejna uwadze właściwą kombinację narzędzi diagnostycznych. Niektórzy dostawcy oferują panele wizualizacyjne (HMI) bazujące na technologii OPC do obrazowania problemów w sieci. Sprawdź, czy firma, z którą chcesz współpracować, oferuje szkolenia i audyty. Na te wszystkie rzeczy należy zwrócić uwagę już we wczesnym stadium projektu.
Zawsze pamiętaj o tym, że komunikacja bezprzewodowa całkowicie nie nadaje się do niektórych aplikacji. Na przykład odczyt 1000 punktów I/O przy czasie skanu rzędu milisekund jest po prostu niemożliwy. Bezprzewodowa technologia nie oferuje jeszcze takiej przepustowości.
Inne częste pytanie to w jaki sposób mogę zapobiec zakłóceniom z innej sieci bezprzewodowej zainstalowanej np. w sąsiedniej fabryce.
Zainteresuj się, jakie fale mogą zakłócać twoją sieć. Wykorzystaj dział IT – stwórzcie wspólnie system monitorowania sieci. Wiele czynników może zostać wykorzystanych do prognozowania problemów w sieci. Dział IT może skanować raz na jakiś czas sieć i poszukiwać nowych użytkowników lub innych zmian w sieci, a także monitować wielkość zewnętrznych zakłóceń.
Nawet najlepiej zaprojektowana i zbudowana sieć, wyposażona w specjalne systemy chroniące przed zakłóceniami, może być podatna na zakłócenia radiowe. Nie jesteś w stanie przewidzieć, czy sąsiad nie zainstaluje urządzenia, które będzie zakłócać pracę twojej sieci. Jesteś natomiast w stanie przedsięwziąć pewne środki ostrożności i tak przystosować sieć, aby ograniczyć szkody.
Istnieje wiele sposobów na uniknięcie potencjalnych problemów. Na początku wybierz bezprzewodową sieć, której częstotliwość może być zmieniana. Np. standard 802.11n ma 24 kanały w paśmie 5 GHz. Innym sposobem jest używanie anten kierunkowych – zwiększasz tym samym stosunek sygnału do szumu/zakłóceń. Nadanie właściwych kierunków takim antenom przy dużych odległościach nie jest proste, ale istnieją sprawdzone metody, które powinny być znane wybranemu przez ciebie integratorowi.
Niezawodność
Czy na sieci bezprzewodowej można polegać mniej niż na sieci przewodowej? Odpowiedź brzmi „nie”. Ze względu na zakłócenia nigdy nie umieszcza się kabli sygnałowych blisko falowników i serwonapędów – z transmisją bezprzewodową jest podobnie. Cel jest ten sam – nie dopuścić do zakłóceń, różne są jedynie sposoby osiągnięcia celu. Czynniki decydujące to: odległość (czy mieści się zasięgu pola widzenia), dobór urządzeń nadawczych i odbiorczych, anteny oraz kable. Rozważ je pod kątem twojej aplikacji.
W wielu przypadkach system komunikacji przewodowej może być mniej pewny – na przykład w urządzeniach ruchomych i obrotowych – kabel podlega w nich ciągłemu zginaniu i skręcaniu, przez co jego parametry pogarszają się z upływem czasu.
Komunikacja bezprzewodowa zyskała dużą popularność w systemach SCADA, zatem kolejnym krokiem jest przeniesienie ich dosterowania. Ethernet jest bardzo szeroko rozpowszechniony w przemyśle. A tam, gdzie jest Ethernet – tam też jest komunikacja bezprzewodowa. Niektóre z bezprzewodowych urządzeń są na tyle rozbudowane, że mogą pełnić rolę zarządzanych switchy i zapewniać zaawansowane filtrowanie pakietów. Inne są w stanie pracować z aplikacjami czasu rzeczywistego i oferują wysoki poziom elastyczności, prędkości oraz precyzji, są przy tym przewidywalne. W takich projektach krytyczne jest, aby system był dokładnie zaprojektowany i wdrożony przez specjalistów – dostawców i integratorów.
Obawy dotyczące niezawodności sieci bezprzewodowych budujemy na własnych doświadczeniach. Każdy, kto ma komputer i bezprzewodowy dostęp do Internetu, pamięta zawieszające się routery albo resetujące modemy. Kto chciałby narazić na takie ryzyko system sterowania w zakładzie? Dzisiejsze przemysłowe produkty łączności bezprzewodowej są znacznie bardziej odporne i niezawodne od produktów komercyjnych. Do dyspozycji mamy także nowe techniki i narzędzia diagnostyczne sieci, które są w stanie przewidzieć zbliżającą się awarię i za pomocą czytelnego interfejsu informują o kondycji sieci. Aby zwiększyć niezawodność, można stosować specjalne systemy zarządzania siecią.
Wiele rzeczywistych aplikacji wykorzystujących technologię bezprzewodowej komunikacji znacznie zwiększyło swoją efektywność i pewność dzięki zastąpieniu kabli antenami. W aplikacjach, w których występuje ruch, sieci bezprzewodowe pozwoliły zmniejszyć koszty, skrócić postoje i zwiększyć niezawodność.
Na przykład Procter & Gamble migrował z rozwiązania przewodowego do bezprzewodowego aby zwiękyć pewności działania. Inżynierowie zastąpili pierścienie ślizgowe połączeniem bezprzewodowym, aby optymalizować istniejącą sieć Ethernet/IP. Wykorzystano sieć standardu 802.11 pracującą przy częstotliwości 5 GHz, gdyż całe pasmo 2,4 GHz było już zajęte. Rozwiązanie spełniało założenia w dziedzinie determinizmu, oferowało zmniejszoną liczbę zgubionych pakietów i nie powodowało zatrzymań będących efektem błędów komunikacji.
Liberty Airport Systems w Ontario w Kanadzie zaprojektował własny system oświetlenia pasa startowego dla lotnisk cywilnych i rządowych. Pewność działania tych systemów jest krytyczna z punktu widzenia organizacji i bezpieczeństwa ruchu powietrznego, a każda awaria oznacza opóźnienie, anulowanie lub w najgorszym wypadku zagrożenie bezpieczeństwa pasażerów samolotu i ludzi w okolicy lądowiska. Tradycyjny system składa się ze światłowodów umieszonych pod pasem startowym. Ich uszkodzenie wyłącza pas z użytku. Liberty wykorzystuje teraz niezależny bezprzewodowy zapasowy system kontroli oświetlenia. System sprawdził się podczas ponadtygodniowej awarii systemu światłowodów (mechanicznym uszkodzenie wiązki) – oświetlenie kontrolowano bezprzewodowo, a w tym czasie naprawiano wiązkę światłowodów.
Dogłębna analiza aplikacji, dobry projekt i właściwa instalacja są gwarancją pewnie działającej sieci bezprzewodowej. Nie jest to rozwiązanie typu „uruchom i zapomnij”. Przeprowadź test sieci. Współpracuj z działem IT. Zapoznaj ich z planem i pytaj o ich zdanie, a będą chętnie pomagać przy problemach z siecią. Jeśli dopilnujesz tego wszystkiego, będziesz mógł cieszyć się elastyczną i mobilną siecią, która w wielu przypadkach pozwoli ograniczyć koszty.
Adrienne Lutovsky jest autorem tekstów dla ProSoft Technology.
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
CE