SDR หรือ Software Defined Radio เป็นเครื่องมือที่ช่วยลดปัญหา Frequency Hopping หรือคลื่นความถี่กระโดด ซึ่งเป็นปัญหาที่ทำให้การใช้งานอุปกรณ์ IIoT นั้นไม่สามารถทำงานสอดคล้องกับมาตรฐานที่กำหนดเอาไว้ได้
IIoT นั้นเป็นอุปกรณ์ทีั่ช่วยปฏิวัติการสื่อสารของโครงสร้างพื้นฐานในอุตสาหกรรม ระบบไร้สายเหล่านี้กำลังเข้ามาทดแทนโซลูชันแบบมีสายเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ในหลายระบบของโรงงาน ความต้องการของ IIoT คือ การเชื่อมต่อที่มีความหน่วงต่ำและการทำงานที่สอดประสานควบคู่กัน (Synchronization) ที่แน่นหนาเพื่อให้ทำงานได้ และบ่อยครั้งต้องมีการใช้ SDR เพื่อให้ความต้องการเหล่านี้เกิดขึ้นได้
IIoT Ecosystem นั้นเป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้อุตสาหกรรม 4.0 เกิดขึ้นได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ประโยชน์จากข้อมูลในการขับเคลื่อนธุรกิจได้อย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งดั้งเดิมนั้นเป็นการใช้ระบบสายเป็นหลัก แต่ระบบไร้สายนั้นตั้งค่าได้ง่ายมีความคล่องตัวสูงกว่า ทั้งยังมีต้นทุนในการติดตั้งและการดูแลรักษาที่ต่ำกว่า ในฐานะที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและส่งต่อคำสั่งที่แม่นยำ การทำงานจึงต้องเกิดขึ้นในลักษณะ Real-time เพื่อให้เกิดความรวดเร็วทันต่อเหตุการณ์ ไม่ว่าจะเป็นการควบคุมจากภายนอก ติดตามสภาพแวดล้อมการทำงานที่เกิดขึ้น การสื่อสารทางไกล ไปจนถึงการตรวจจับภัยพิบัติทีี่อาจเกิดขึ้น
ด้วยความต้องการใช้งานที่หลากหลายและมีระดับวิกฤติ ไปจนถึงเงื่อนไขการใช้งานที่แตกต่างกัน การเชื่อมต่อจึงมาพร้อมกับโปรโตรคอลที่หลากหลายซึ่งร่วมถึงมาตรฐานที่แตกต่างกัน อาทิ LoRA, Wi-Fi. 5G, BLE, WirelessHART, ZigBee, Ingenu และ Weightless เป็นต้น ซึ่งมาตรฐานเหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับความสามารถด้านสัญญาณและระบบเครือข่ายที่จะทำให้เกิดความสำเร็จในการใช้งานได้โดยตรง
แต่ปัญหาสำคัญในการใช้งาน IIoT อยู่ที่ความเข้ากันได้ของการใช้งาน เนื่องจากขาดการเป็นหนึ่งเดียวกันของเทคโนโลยีที่ต้องใช้งานกับหลากหลายมาตรฐาน ด้วยความยืดหยุ่นและตั้งค่าใหม่ได้ทำให้ระบบ SDR สามารถสนับสนุนเทคโนโลยีไร้สายได้อย่างหลากหลาย และนอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการใช้งานในโซลูชันสำหรับการผลิตอีกมากมาย
แพลตฟอร์ม SDR นั้นมีขนาดและความซับซ้อนที่หลากหลายแตกต่างกันออกไปเพื่อให้รองรับความต้องการที่แตกต่างในการใช้งานได้อย่างเหมาะสม ด้วยโครงสร้างสถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ของระบบ SDR ทำให้สามารถเพิ่มอุปกรณ์ด้วยอย่างง่ายดาย ด้วยการเพิ่มปริมาณช่องทางการเชื่อมต่อ และยินยิมให้ระบบสามารถเชื่อมต่อเข้าหากันได้สำหรับโครงการขนาดใหญ่ ทำให้แพลตฟอร์ม SDR ใช้งานได้อย่างคุ้มค่า เพราะสามารถปรับขนาดได้ตามความต้องการใช้งาน
แพลตฟอร์ม SDR มีความยืดหยุ่นสูงและสามารถสนับสนุนเทคโนโลยีไร้สายได้หลากหลายชนิด เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลและการเข้าถึงข้อมูลแบบ Real-time นอกจากนี้แพลตฟอร์ม SDR ยังสามารถใช้งานได้บนหลายคลื่นความถี่ ทำให้ยูนิทหนึ่งที่ใช้สามารถทดแทนการใช้งานแยกหลายตัวได้หากตัวที่ใช้งานอยู่เดิมมีข้อจำกัดด้านคลื่นความถี่
SDR เปิดโอกาสให้สามารถควบคุมและทำ Data Link ได้อย่างง่ายดายเพื่อให้เหมาะสมกับเงื่อนไขของระบบวิทยุ เช่น Gain, Error Correction Code ไปจนถึงกระบวนวิธีในการกรองต่าง ๆ ที่สามารถปรับแต่งได้ ในขณะที่การเชื่อมต่อไร้สายสามารถปรับแต่งค่าได้อิสระขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในการทำงาน เช่น มาตรฐานสิ่งแวดล้อมในพื้นที่อย่างอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน
โดยแพลตฟอร์ม SDR อย่าง ZifBee, LoRA และ BLE ถูกทดสอบแล้วว่าเหมาะสมกับการพัฒนาไปใช้งานในสเกลขนาดใหญ่ โดยค่าที่ต้องพิจารณา คือ พลังงาน, Selectivity และ Phase Noise ในระบบ
หนึ่งในเทคนิคที่นิยมใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการกวนกันของคลื่นสัญญาณกระโดด คือ การ Switching ตัวนำส่งสัญญาณซ้ำระหว่างการส่งสัญญาณ เพื่อลดการก่อกวนและและการรบกวนสัญญาณ ซึ่งในกรณีของการใช้งาน SDR จะช่วยแก้ปัญหาคลื่นสัญญาณกระโดดรวมถึงปัญหาต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับ Modulation ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาพแวดล้อมของ IIoT อีกด้วย
อีกประเด็นที่มีความน่าสนใจ คือ การออกแบบ SDR แบบใหม่ที่มีการใช้ FPGA แทนที่คอมพิวเตอร์ทั่วไป เพราะโครงสร้างสถาปัตยกรรมแบบนี้อนุญาตให้ระบบสามารถทำงานกับการประมวลผลสัญญาณความเร็วสูงได้ และเหมาะกับกิจกรรมที่เวลาเป็นเรื่องคอขาดบาดตาย นอกจากนี้การใช้โมดูลที่มีซอฟต์แวร์เป็นพื้นฐานใน SDR ช่วยให้ลดวงจรในการพัฒนาและประเมินค่าเทคนิคทางวิทยุใหม่ ๆ ที่ต้องการใช้งานในอนาคตได้อีกด้วย
นอกจากนี้การบูรณาการระบบ SDR ด้วย Software Defined Network หรือ SDN ช่วยเพิ่มฟังก์ชันในระบบเครือข่ายและทำให้สามารถบริหารจัดการทรัพยากรรวมถึงความปลอดภัยได้ การผสมผสานที่เกิดขึ้นนั้นทำให้เกิดความสามารถต้านทานต่อปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความหน่วงทั้งยังเหมาะสมต่อกิจกรรมที่เวลาเป็นเรื่องอ่อนไหว
จะเห็นได้ว่า SDR มีคุณสมบัติจำเพาะที่ทำให้เหมาะกับงานด้าน IIoT ซึ่งความสามารถนี้รวมถึงการปรับจูนระยะ, MIMO Channel, และการัปรับตั้งค่าใหม่ (Reconfigurability) ทั้งยังเหมาะกับโปรโตรคอลไร้สายอีกหลากหลายชนิดที่ใช้กับ IIoT และหากผสมผสานเทคโนโลยี SDR เข้ากับ SDN จะทำให้เกิดโซลูชันวิทยุความหน่วงต่ำที่หนักแน่นสำหรับการใช้งาน IIoT ด้วยการทำหน้าที่เป็น Gateway สำหรับโปรโตรคอลวิทยุพลังงานต่ำที่แตกต่างกันได้
ที่มา:
ept.ca
Voltaire
