เทคโนโลยีการส่งสัญญาณแบบไร้สายในระบบ IoT

จากการพัฒนาด้านเทคโนโลยีในยุคนี้ โดยเฉพาะเทคโนโลยีสาระสนเทศ หรือ Information Technology ; IT นั้นคือเทคโนโลยีสำหรับการส่งข้อมูลที่ “รวดเร็ว” และมี “ปริมาณ” ที่มากได้อย่างมีประสิทธิภาพ เรียกได้ว่า ในยุคนี้โลกถูกขับเคลื่อนด้วยข้อมูลอย่างแท้จริง โดยตอนนี้เราจะคุ้นหูกับคำว่า Big data , IoT และ AI ซึ่งทั้งหมดนี้ก็มาจากการส่งข้อมูลทั้งสิ้น

สำหรับเทคโนโลยี IoT หรือ Internet of Thing ก็เป็นการเชื่อมอุปกรณ์หลายๆส่วนทำงานได้อย่างเป็นโครงข่ายเดียวกัน

กลับไปอ่านบทความ IoT (Internet Of Things) – ในโรงงานอุตสาหกรรม

แต่สำหรับบทความนี้ขอมาลงเฉพาะสัญญาณที่มีการใช้ส่งกันไปมาว่ามีสัญญาณอะไรบ้าง เช่น 4G, 5G, Bluetooth, Wifi (เอาที่คุ้นๆกันนะครับ) ว่า จุดเด่น-จุดด้อย อะไรบ้าง และมีสัญญาณอะไรบ้างที่เค้าใช้จริงๆกันครับผม

เทคโนโลยีการสื่อสาร IoT

จากการพัฒนา และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สาย (Wireless) ในยุคปัจจุบัน เมื่อพิจารณาการสื่อสาร หรือการส่งถ่ายข้อมูล ระหว่างอุปกรณ์ เพื่อรองรับการเชื่ออมต่อแบบ IoT สามารถแบ่งกลุ่มออกได้ 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ

1. กลุ่มสื่อสารระยะสั้น
2. กลุ่มสื่อสารระยะไกล

และอาจจะแบ่งด้านในอีกเป็นกลุ่มย่อยคือ กลุ่มที่ใช้ความถี่แบบได้รับใบอนุญาต (Licensed) เช่น NB-IoT และกลุ่มที่ยกเว้นใบอนุญาต (Unlicensed Spectrum) เช่น LoRa โดย การใช้งานของแต่ละสัญญานของแต่ละอย่างขึ้นอยู่กับ Application ที่จะใช้งาน และความต้องการของ Network นั้นๆ ขอสรุปภาพรวมตามรูปด้านล่างเลยนะครับ

การสื่อสารระยะสั้น

โดยการส่งสัญญาณ หรือ การสื่อสาร ระยะสั้น เป็นการเชื่อมต่อระยะไม่ไกลมาก โดยระยะจะไม่เกิน 1,000 เมตร หรือ 1 กิโลเมตร โดยจะมีสัญญาณ 3 แบบดังนี้

1. Proximity

เป็นการสื่อสารระยะใกล้ที่สุดโดยจะมีระยะไม่เกิน 10 เมตร โดยประมาณ ซึ่งเทคโนโลยีกลุ่มนี้ได้แก่ “Near-field Communication (NFC)” ตามมาตรฐาน ISO 14443 ที่ความถี่ 13.56 MHz โดยตัวอย่างการนำไปใช้งาน เช่น การติดตามสินค้า หรือ ระบบการตรวจสอบการเข้า-ออก อาคาร การส่งข้อมูลบนมือถือในยุคก่อนๆ เป็นต้น นะครับ

อีกเทคโนโลยี คือ “Radio Frequency Identification (RFID)” เพื่อใช้ระบุข้อมูลสินค้าโดยใช้คลื่นความถี่วิทยุในระบบขนส่งในการติดตามสินค้า รับ-ส่ง หรือ การนำไปใช้งานแทน Barcode เลยครับ (การทำงานเหมือนกันเลย โดยใช้งานเป็น RFID Tag)

2. Wireless Personal Area Network (WPAN)

เทคโนโลยี WPAN หรือ Wireless Personal Area Network เป็นการส่งสัญญาณที่ไกลขึ้นมากว่าแบบแรกโดยระยะประมาณ 10 – 100 เมตร โดยสัญญาณกลุ่มนี้ได้แก่ บูลทูธ (Bluetooth) และ ซิกบี (Zigbee)

มาในส่วนของ บูลทูธ (Bluetooth) เป็นเทคโนโลยีที่นิยมอย่างมากในการส่งสัญญาณอุปกรณ์ระยะใกล้ เช่น เมาส์ คีย์บอร์ด มือถือ แทปเลต โน้ตบุ๊ค หรือ แม้งกระทั้ง สมาร์ทวอซ (Smart watch) หรือ หูฟังแบบไร้สาย เป็นต้น โดยเทคโนโลยีบูลทูธตอนนี้ก็มีการพัฒนาในแง่การใช้พลังงานที่ลดลง และการส่งสัญญาณที่ไกลขึ้น เพื่อมาตอบโจทย์เทคโนโลยี IoT ในยุคปัจจุบัน

ส่วนสัญญาณ “ซิกบี (Zigbee)” จะเป็นสัญญาณที่นิยมใน Smart Home และ Smart Factory ในการส่งสัญญาณระหว่างอุปกรณ์ยกตัวอย่างเช่น Wireless Vibration ของทาง Rond เป็นต้นนะครับ

นอกจากนี้ยังมีโปรโตคอลอื่นๆได้แก่ WirelessHart และ ISA100.11a สามารถสื่อสารผ่านอินเทอร์เน็ตผ่าน IPv6 ในประเภท IPv6 over Low-power WPAN (6LoWPAN) เพื่อกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.15.4

3. Wireless Local Area Network (WLAN)

WLAN หรือที่เราคุ้นชื่อว่า Wi-Fi ถือว่าเป๋นการสื่อสารแบบไร้สายที่นิยมมากที่สุดในยุคปัจุบัน IEEE 802.11 a/b/g/n ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายที่ความที่ 2.4 GHz นอกจากนี้ยังได้รับการกำหนดมาตรฐาน IEEE 802.11ac ที่ความถี่ 2.4 GHz และ 5 GHz และมาตรฐาน IEEE 802.11ad ที่ความถี่ 60 GHz (มาตรฐานเยอะมากกก – -a)

เพื่อการลองรับแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น แต่ทว่าตัวอุปกรณ์ IoT ก็ไม่ได้มีความต้องการใช้แบนด์วิดที่สูง (เพราะอุปกรณ์ในโรงงานที่ทำการสื่อสารไม่ได้มีจำนวนมาก เมื่อเทียบกับการใช้งานทั่วไป) ทำให้มีการพัฒนามาตรฐาน IEEE 802.11ah ที่ใช้ย่านความถี่ค่อนข้างต่ำคือ 902-928 MHz และลดความเร็วในการส่งข้อมูลลง แต่ความสามารถในการส่งข้อมูลที่ระยะทางที่เพิ่มขึ้น ทำให้การใช้พลังงานลดลง

การสื่อสารระยะไกล

โดยการสื่อสารระยะไกลเป็นการส่งสัญญาณที่มีระยะทางการส่งสัญญาณมากกว่า 1,000 เมตร หรือ 1 กิโลเมตร ซึ่งถือว่าเป็นระยะทางที่ไกล โดยมีสัญญาณต่างๆดังนี้

4. Wireless Neighborhood Area Network (WNAN)

สำหรับการส่งสัญญาณแบบ WNAN หรือ Wireless Neighborhood Area Network เป็นเทคโนโลยีการเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งระยะสั้น-ไกล โดยตัวอย่างของโปรโตคอล ในกลุ่มนี้ได้แก่ Wi-Smart Utility Network (Wi-SUN) และ Zigbee-NAN บนมาตรฐาน IEEE 802.15.4g โดยมีระยะทางการส่ง 5 – 10 กิโลเมตรเลยทีเดียว

โดยการใช้งานของ Wi-SUN จะเป็นลักษณะการส่งข้อมูลที่มีความเร็วต่ำ แต่สามารถส่งได้ในพื้นที่กว้าง ที่ไม่มีโครงข่ายพื้นฐานรองรับ ยกตัวอย่างเช่น ระบบสมาร์ทมิเตอร์ (ทั้งมิเตอร์น้ำ มิเตอร์ไฟ ที่กำลังทำกันอยู่ครับ)

ส่วนโปรโตคอล Zigbee-NAN ถูกออกแบบมาเพื่อใช้สำหรับ การบริหาร และให้บริการด้านระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือสมาร์ทกริด (Smart Grid)

5. Wireless Wide Area Network (WWAN)

สำหรับการส่งสัญญาณด้วย Wireless Wide Area Network หรือ WWAN สามารถมีการส่งระยะทางได้ไกลถึง 100 กิโลเมตร โดยจะหมายถึงกลุ่มสื่อสารแบบ Cellular และมีกลุ่มสื่อสารใหม่เข้ามาเพิ่มคือ Low Power Wide Area (LPWA) เพื่อรองรับการสื่อสารความเร็วต่ำ แต่ว่ามีอายุใช้งานแบตเตอร์รี่ที่สูง (เพราะกินพลังงานที่ต่ำ) และสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ระยะที่ไกลได้ โดยแบ่งออกเป็นสองกลุ่มย่อยคือ

กลุ่มคลื่นความถี่แบบได้รับใบอนุญาต (Licensed Spectrum หรือ Cellular)

การสื่อสารแบบ GSM, WCDMA, LTE และ 5G จะถูกเรียกรวมกันว่า เทคโนโลยี 3GPP (Third Generation Partnership Project) โดยเป็นช่วงความถี่ได้รับใบอนุญาต โดยมีจุดมุ่งหมายในการใช้งานสำหรับการสื่อสารข้อมูลด้วยความเร็วสูง แต่ในปัจจุบันได้มีการนำสัญญาณ NB-IoT มาใช้ในงานอุตสาหกรรม ซึ่งถือเป็นเทคโนโลยีใหม่ โดยจะมีลักษณะการส่งข้อมูลที่ช้ากว่า แต่ทำให้การกินพลังงานน้อยลง ซึ่งเหมาะกับอุปกรณ์ IoT ในยุคปัจจุบันมากขึ้น

กลุ่มคลื่นความถี่แบบยกเว้นใบอนุญาต (Un-licensed Spectrum หรือ Cellular)

ตัวอย่างสัญญาณในกลุ่มนี้ได้แก่ LoRA และ SIGFOX ถูกพัฒนาขึ้นให้เหมาะสมกับงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการสื่อสารระหว่างเครื่องจักร หรือ ที่เรียกว่า Machine-to-Machine (M2M) หรือ Machine-type Comunication (MTC) โดยจุดเด่นคือ เพื่อรองรับการใช้งานที่พลังงานต่ำ และส่งสัญญาณในระยะทางที่ไกล

บทสรุป : ในยุคปัจจุบันหลายๆหน่วยงานก็พยายามที่จะนำเทคโนโลยีต่างๆมาใช้ ที่จะเห็นบ่อยๆจะเป็นเรื่องของ IoT และ Wireless conectivity ครับ ดังนั้นการเลือกการส่งสัญญาณที่เหมาะสมก็จะช่วยในการออกแบบระบบให้เหมาะสมจริงๆกับโรงงานของเรานะครับ

แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสต์ถัดๆไปนะครับ หรือสามารถตามสื่อตามๆของเราด้านล่างเลยนะครับ
Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g
#นายช่างมาแชร์ #IoT #Signal