Dans l’Internet industriel des objets, l’application de réseaux maillés sans fil devient de plus en plus courante. Cette structure de réseau s'appuie sur la méthode de branchement d'interconnexion multi-sauts entre les nœuds pour fournir une solution d'analyse des communications hautement fiable, auto-organisée et facile à étendre à des environnements complexes tels que les ateliers d'usine et les installations distantes. Comparé aux réseaux traditionnels en étoile ou en arbre, il est plus à même de s'adapter aux défis pratiques liés à de nombreux appareils, aux environnements changeants et aux déploiements filaires difficiles dans des scénarios industriels.
Pourquoi l'IoT industriel a besoin de réseaux maillés sans fil
Dans les environnements complexes comme les sites industriels, de gros équipements et des structures métalliques bloquent souvent les signaux. Dans les réseaux point à point ou en étoile traditionnels, en cas de panne de la route principale, tous les appareils qui y sont connectés seront déconnectés. La fonction multi-chemins des réseaux Mesh peut automatiquement contourner les obstacles et trouver immédiatement des liens alternatifs, garantissant ainsi que les communications ne sont pas interrompues.
Pour la réorganisation de la ligne de production ou l’ajout de quelques points de surveillance, l’extension du réseau Mesh est extrêmement pratique. Tant que le nouvel appareil est alimenté, il recherchera et rejoindra automatiquement le réseau sans recâblage ni configuration compliquée. Une telle flexibilité réduit considérablement la période de construction et les coûts requis pour la transformation du réseau, s'adaptant ainsi pleinement aux besoins de la fabrication flexible moderne.
Comment les réseaux maillés sans fil améliorent la fiabilité industrielle
La fiabilité se reflète d'abord dans la redondance des chemins. Lorsque des paquets de données sont transmis entre nœuds, si un chemin est bloqué ou encombré, le réseau sélectionnera dynamiquement d'autres chemins disponibles. C'est précisément grâce à cette capacité d'auto-guérison qu'il garantit que les données clés, telles que les signaux d'arrêt d'urgence ou l'état des équipements, peuvent toujours être trouvées et exportées, évitant ainsi les arrêts de production dus à des pannes ponctuelles.
Les réseaux maillés prennent souvent en charge l’utilisation de plusieurs fréquences radio. Une fréquence radio est utilisée pour le travail de liaison en réseau entre les nœuds, tandis que l'autre fréquence radio est utilisée spécifiquement pour l'accès aux terminaux. Cette architecture isole le trafic de retour et le trafic d'accès, réduit les interférences mutuelles, rend le débit du réseau plus stable, garantit la latence et peut répondre à des applications telles que le contrôle de mouvement qui ont des exigences strictes en temps réel.
À quels défis le déploiement de réseaux maillés industriels est-il confronté ?
Le premier défi est le retard déterministe. Bien que Mesh ait des chemins redondants, le transfert multi-sauts entraînera une accumulation de retards et le routage dynamique peut provoquer une gigue de retard. Dans des scénarios tels que les opérations robotiques collaboratives qui nécessitent une synchronisation précise, une telle instabilité est inacceptable. Par conséquent, un protocole spécial est nécessaire pour gérer la priorité du trafic et la sélection du chemin.
Il reste un défi à relever : celui de l'équilibre entre l'échelle et les performances du réseau. Lorsque le nombre de nœuds continue d’augmenter, les frais de gestion du réseau et de routage connaîtront une tendance à la croissance exponentielle. Si l'échelle du réseau est étendue sans restriction, cela peut entraîner une baisse des performances globales. Dans le déploiement réel, il est souvent nécessaire d'utiliser des sous-réseaux et des réseaux hiérarchiques pour contrôler l'échelle d'un seul maillage afin d'atteindre un équilibre entre couverture et efficacité de communication.
Comment choisir un protocole de réseau maillé industriel adapté
Pour choisir un protocole, il faut d’abord considérer la bande de fréquences et la réglementation. En termes de bandes de fréquences, la bande de fréquences inférieure à 1 GHz possède de fortes capacités de diffraction et convient à une couverture de vastes zones. La bande de fréquences 2,4 GHz est très polyvalente, mais sujette aux interférences. La bande de fréquence 5 GHz a un canal large et moins d'interférences, mais la distance de couverture est relativement courte. Par conséquent, la sélection doit être effectuée avec soin en fonction de l'environnement électromagnétique sur site et de la distance de communication.
Les normes protocolaires revêtent également une grande importance. Les solutions basées sur IEEE 802.11 (Wi-Fi Mesh) ont un débit plus élevé, mais la consommation électrique est également plus élevée. Les protocoles basés sur or.11a sont spécialement conçus pour le contrôle des processus industriels et sont plus déterministes. Les protocoles Mesh à faible consommation tels que le thread émergent () sont plus adaptés aux réseaux de capteurs alimentés par batterie à grande échelle. Il n’existe pas de solution universelle, seulement celle qui convient le mieux à des scénarios spécifiques.
Comment assurer la sécurité des réseaux Mesh industriels
La sécurité des réseaux industriels commence par l'authentification de l'accès au réseau. Chaque appareil doit avoir une marque d'identité cryptée unique qui ne peut être falsifiée. Lorsque de nouveaux nœuds se joignent, ils doivent utiliser des clés pré-partagées ou des certificats numériques pour effectuer une authentification stricte afin d'empêcher les appareils non autorisés d'accéder au réseau. C'est la première ligne de défense pour la sécurité.
Les données du Mesh sont transmises sur plusieurs sauts et chaque liaison sans fil doit être cryptée. AES-128 ou un algorithme plus puissant doit être utilisé pour le cryptage de la couche liaison afin de garantir que même si le paquet de données est intercepté, il ne peut pas être piraté. Dans le même temps, le réseau doit pouvoir supporter une rotation régulière des clés et doit disposer d’une fonction de détection d’intrusion. Cette fonction peut identifier et isoler les nœuds anormaux, créant ainsi un système de défense en profondeur.
Quelle est la tendance de développement des réseaux maillés industriels à l’avenir ?
Une des tendances est d'évoluer vers l'intégration du TSN (Time Sensitive Network) et du sans fil. Le futur Mesh industriel aura alors la capacité de prendre en charge une planification temporelle précise et de réserver des plages horaires et des chemins déterministes pour le trafic critique. Cela permettra aux réseaux sans fil d'effectuer des tâches de contrôle en boucle fermée que seul l'Ethernet industriel filaire pouvait réaliser avec succès dans le passé.
Une autre tendance consiste à la combiner avec la technologie de l’IA. Des algorithmes d'IA seront utilisés pour analyser le trafic réseau, la qualité du signal et l'état des nœuds afin de réaliser une maintenance prédictive et une optimisation intelligente. Le réseau peut déterminer à l'avance si la qualité de la liaison est dégradée ou si un nœud tombe en panne, et effectuer de manière proactive des ajustements de paramètres ou une commutation de chemin, permettant au réseau de passer de « l'auto-réparation » à « l'auto-optimisation », et l'exploitation et la maintenance deviendront plus automatisées.
Lorsque vous envisagez de déployer un réseau maillé sans fil pour des usines ou des installations, le facteur le plus prioritaire à prendre en compte : la faible latence ultime ou la gestion stable d'un grand nombre de connexions ? Nous sommes impatients de vous faire partager les défis que vous avez réellement rencontrés et les choix que vous avez faits dans la zone de commentaires. Si cet article vous a inspiré, n'hésitez pas à l'aimer et à le partager.
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