Η Πρώτη Βιομηχανική Επανάσταση, που πραγματοποιήθηκε μεταξύ 1760 και 1840, έκανε τη μετάβαση στη βιομηχανική κατασκευή με ατμό και το βαμβάκι. Η Δεύτερη Βιομηχανική Επανάσταση, που διήρκεσε από τα τέλη του 19 ου αιώνα μέχρι τις αρχές του 20 ου αιώνα, εισήγαγε ηλεκτρικού ρεύματος και τηλεφώνων. Η εφαρμογή της ηλεκτρικής ενέργειας στις διαδικασίες παραγωγής οδήγησε σε βιομηχανικά συστήματα ελέγχου. Συνδυασμοί εξαρτημάτων ελέγχου – ηλεκτρικά, μηχανικά, υδραυλικά ή πνευματικά – ενεργούν μαζί σε ένα βιομηχανικό σύστημα ελέγχου για την επίτευξη ενός στόχου, όπως η παραγωγή, μεταφορά ή παραγωγή υλικού ή ενέργειας.
Η Τρίτη Βιομηχανική Επανάσταση έχει δει την εμφάνιση τεχνολογιών επικοινωνίας και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς και την αυτοματοποίηση και την απόκτηση δεδομένων. Ακόμη και πριν από την εκρηκτική ανάπτυξη του Διαδικτύου, κρίσιμες βιομηχανίες, όπως η διανομή και η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος και νερού, άρχισαν να βασίζονται σε βιομηχανικά συστήματα ελέγχου. Η έλευση ανοικτών, δημόσιων δικτύων επέτρεψε επίσης την απομακρυσμένη διαχείριση και συντήρηση μηχανημάτων και εξοπλισμού.
Ένα τυπικό βιομηχανικό σύστημα ελέγχου αποτελείται από βρόχους ελέγχου, διεπαφές χρήστη που αλληλεπιδρούν με ανθρώπους και απομακρυσμένα εργαλεία διάγνωσης και συντήρησης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι συστημάτων ελέγχου, όπως συστήματα εποπτείας ελέγχου και απόκτησης δεδομένων (SCADA), κατανεμημένα συστήματα ελέγχου (DCS) και Προγραμματιζόμενοι Λογικοί Ελεγκτές (PLC). Τα συστήματα SCADA επικεντρώνονται στη συλλογή δεδομένων και στον ευρύτερο, κατανεμημένο έλεγχο, καθιστώντας τα κυρίαρχα στη διαχείριση δικτύων χρησιμότητας και την εξερεύνηση πετρελαίου και φυσικού αερίου. Σε αντίθεση με τα συστήματα SCADA, τα DCS και τα PLC προσανατολίζονται προς τον τοπικό έλεγχο και συνήθως βρίσκονται σε κατασκευαστικές εφαρμογές.
Πώς το IIoT αλλάζει τα πάντα
Αν και η απομακρυσμένη διαχείριση περιουσιακών στοιχείων είναι πιο βολική και λιγότερο δαπανηρή από το να εργάζεται επιτόπου το προσωπικό, η απάντηση στα προβλήματα μπορεί να είναι αργή. Επομένως, είναι ζωτικής σημασίας ο εντοπισμός και η επίλυση προβλημάτων σε πραγματικό χρόνο.
Το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) έχει τεράστια ικανότητα στη συλλογή δεδομένων, την αποθήκευση, την ενσωμάτωση και τα αναλυτικά στοιχεία. Χρησιμοποιώντας αυτή τη χωρητικότητα, το Industrial IoT (IIoT) βελτιώνει τη διαλειτουργικότητα και το συντονισμό μεταξύ διαφορετικών βιομηχανικών συστημάτων ελέγχου, ενισχύοντας την ικανότητά τους να λειτουργούν σε σκληρά, απομακρυσμένα περιβάλλοντα.
Εξαρτήματα πετρελαίου, πλέγματα κοινής ωφέλειας, ανεμογεννήτριες, αεροδρόμια, σιδηροδρομικά δίκτυα και ακόμη και πόλεις αναζητούν το IIoT για μείωση του κόστους και βελτίωση της αποτελεσματικότητας. Για παράδειγμα, το IIoT μπορεί να καταστήσει δυνατή την απομακρυσμένη παρακολούθηση τοποθεσιών για να αποφευχθεί η εντατική εργασία, αυξάνοντας παράλληλα την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα. Ωστόσο, τα οφέλη που μπορεί να προσφέρει το IIoT εξαρτώνται από την ταχύτητα και την απόδοση του δικτύου.
Η υπόσχεση των 5G και 6G
Οι πρόοδοι των τηλεπικοινωνιών είναι πιθανό να συνεργαστούν με το IIoT σε πολλούς τομείς. Η 1G, η πρώτη γενιά κινητής επικοινωνίας, μας έφερε κινητά τηλέφωνα. Τα 2G, 3G και 4G έφεραν μηνύματα κειμένου, τηλεϊατρική, τηλεδιάσκεψη, ασύρματο LAN και Bluetooth. Τώρα, το 5G θα διευρύνει και θα εμβαθύνει τη χρησιμότητα του IIoT.
Πολύ πιο γρήγορα από το 4G, το 5G θα βελτιώσει τις τηλεπικοινωνίες σε πολλά μέτωπα. Το 5G θα μειώσει την καθυστέρηση (χρόνος καθυστέρησης) τόσο πολύ ώστε οι χρόνοι λήψης και μεταφόρτωσης να κυμαίνονται από λεπτά σε δευτερόλεπτα. Ως αποτέλεσμα, το 5G μπορεί να μεταδώσει πολύ περισσότερα δεδομένα ανά δευτερόλεπτο. Τέλος, το 5G μπορεί να συνδέσει εκατομμύρια συσκευές IoT σε ένα μόνο δίκτυο με αποτελεσματική επικοινωνία.
Το 5G θα ενισχύσει πολλά μεγάλα συστήματα που υποστηρίζει η 4G, όπως εξέδρες πετρελαίου, ανεμογεννήτριες, αεροδρόμια και σιδηροδρομικά δίκτυα. Το πιο σημαντικό, το 5G θα επιτρέψει την πρόοδο που δεν μπορούσαν να υποστηρίξουν οι παλαιότερες τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών, όπως η ταχεία επικοινωνία μεταξύ μηχανών και μηχανοκίνητων οχημάτων, διαφορετικά κομμάτια μηχανημάτων σε εργοστάσιο και υποδομές πόλεων.
Για παράδειγμα, αντί της πρόσβασης στο cloud για γεωχωρικές πληροφορίες, τα αυτόνομα οχήματα (AV) θα επικοινωνούν μεταξύ τους. Αυτή η επικοινωνία οχήματος προς όχημα (V2V) θα επιτρέψει στους AV να επιταχύνουν ή να επιβραδυνθούν σε συγχρονισμό μεταξύ τους για να αποφευχθούν συγκρούσεις. Στο εργοστάσιο, τα δυσκίνητα καλώδια Ethernet θα επιτρέψουν την ασύρματη επικοινωνία 5G. Επιπλέον, το 5G μπορεί να προσφέρει την απαραίτητη βοήθεια για τη διαχείριση των δικτύων και των υποδομών γήρανσης. Όταν ένα μέρος του πλέγματος τερματίζεται, η επακόλουθη ανισορροπία ισχύος μπορεί να προκαλέσει διακοπή λειτουργίας σε άλλα μέρη του δικτύου. Οι επακόλουθες διακοπές λειτουργίας μπορούν να συνεχιστούν σαν να πέφτουν ντόμινο για να επηρεάσουν τους δρόμους και τους φωτεινούς σηματοδότες, τα δίκτυα τηλεπικοινωνιών και υπολογιστών, τις δημόσιες συγκοινωνίες και ακόμη και τους αγωγούς που παρέχουν νερό και φυσικό αέριο. Με το 5G, το δίκτυο μπορεί να εξισορροπηθεί γρηγορότερα και να αποτρέψει την εξάπλωση διακοπής ρεύματος.
Το 5G έχει ευρύτερες και βαθύτερες εφαρμογές βιομηχανικού ελέγχου από ό, τι το 4G, και είναι πολύ πιθανό ότι το 6G θα δει ακόμη μεγαλύτερη γκάμα εφαρμογών. Η βελτιωμένη χρήση και μεταφορά δεδομένων 6G θα επιφέρει βελτίωση της ακρίβειας τοποθέτησης σε εσωτερικούς χώρους, της παγκόσμιας συμβατότητας και της σύνδεσης μεταξύ διαφορετικών δικτύων κινητής τηλεφωνίας και της προσιτότητας ρυθμού δεδομένων.
Το 6G θα διαδραματίσει επίσης σημαντικό ρόλο σε μη συμβατικές εφαρμογές, όπως ολογραφικές, απτικές και ανθρώπινες σχέσεις. Η τεχνολογία 3-D ολογράμματος χειρίζεται τις ακτίνες φωτός, καθώς και τα ηχητικά κύματα. Το 6G θα είναι σε θέση να αναδιαμορφώσει τις στερεοφωνικές και ηχητικές πτυχές ενός ολογράμματος, καθιστώντας δυνατή σχεδόν ρεαλιστικές εικόνες ανθρώπων, εκδηλώσεων και περιβαλλόντων. Για εφαρμογές όπως απομακρυσμένη χειρουργική επέμβαση, αυτόνομη οδήγηση και διαπροσωπική επικοινωνία, οι χρήστες θα διαπιστώσουν ότι το 6G προσφέρει βελτιωμένη εμπειρία αφής. Ο ρόλος της 6G στην επικοινωνία ανθρώπινων δεσμών μπορεί να περιλαμβάνει ανίχνευση τόσο οργανικών ατμών όσο και συναισθημάτων. Για παράδειγμα, το 6G μπορεί να επιτρέψει στην τεχνητή νοημοσύνη (AI) να αναλύσει την έκφραση του προσώπου ενός οδηγού, να ελέγξει για κόπωση ή υπνηλία. Το AI με δυνατότητα 6G μπορεί επίσης να βοηθήσει στην ανίχνευση αλκοόλ στην αναπνοή του οδηγού. Εάν καθορίσει ότι ο οδηγός είναι πολύ μεθυσμένος για οδήγηση,
Τεχνολογικές προκλήσεις
Η ενοποίηση ενός ταχύτερου δικτύου τηλεπικοινωνιών, του IIoT και των βιομηχανικών συστημάτων ελέγχου έχει προφανή οφέλη. Λιγότερες καθυστερήσεις μεταφοράς δεδομένων σημαίνουν ταχεία λήψη αποφάσεων και αυξημένο αυτοματισμό. Ωστόσο, η επιτυχία των 5G ή 6G θα εξαρτηθεί από τη διαχείριση πολλών τεχνολογικών προκλήσεων, όπως η ασφάλεια στον κυβερνοχώρο και η κατασκευή υποδομών. Επίσης, η εφαρμογή του 5G θα εξαρτηθεί από την υποστήριξη κυβερνήσεων και μεμονωμένων καταναλωτών.
Η αύξηση της συνδεσιμότητας 5G ή 6G θα κάνει τα συστήματα πιο ευάλωτα σε απειλές. Η παραβίαση μεγάλων υποδομών δεν είναι καινούργια. Υπήρξαν πολλές επιθέσεις σε κρίσιμα συστήματα και υποδομές σε πολλές χώρες από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν ο κόσμος ήταν πολύ λιγότερο συνδεδεμένος. Με την αύξηση της συνδεσιμότητας, οι χάκερ μπορούν να παραβιάσουν τα συστήματα από απόσταση με μεγαλύτερη ευκολία, καταστρέφοντας ανθρώπινες ζωές, συστήματα και ακόμη και χώρες.
Οι κυβερνοεπιθέσεις συνήθως ανήκουν σε τέσσερις κατηγορίες: πειρατεία από άτομα. εκτέλεση κώδικα για αλλαγή, προσθήκη ή διαγραφή πόρων σε ένα σύστημα. επιθέσεις άρνησης υπηρεσίας · και εξαγωγή δεδομένων για κλοπή πολύτιμων πληροφοριών. Σύμφωνα με κυβερνητικές στατιστικές , οι επιθέσεις σε διάφορα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου έχουν γίνει συχνότερες και μεγαλύτερες σε κλίμακα τις τελευταίες δεκαετίες. Επομένως, η αύξηση της συνδεσιμότητας που προκαλείται από τα 5G και 6G έχει τη δυνατότητα να επιδεινώσει την ευπάθεια ενός συστήματος, καθιστώντας πιο δύσκολη την πρόληψη της εξάπλωσης μιας επίθεσης.
Ένα ταχύτερο δίκτυο θα απαιτήσει επίσης την κατασκευή τεράστιας υποδομής. Ένα δίκτυο 5G απαιτεί την εγκατάσταση εκατομμυρίων, αν όχι δεκάδων ή εκατοντάδων εκατομμυρίων, σταθμών βάσης και εκατομμυρίων κεραιών, που αντιστοιχούν σε υψηλό κόστος εκ των προτέρων.
Επίσης, το κόστος τροφοδοσίας ενός δικτύου 5G θα είναι σημαντικό. Σύμφωνα με στοιχεία της Huawei, ένας τυπικός ιστότοπος 5G χρειάζεται περισσότερα από 11,5 κιλοβάτ, σχεδόν διπλάσιο από αυτό που χρειάζεται ένας σταθμός βάσης 2G, 3G ή 4G. Αυτή η μεγαλύτερη ζήτηση ενέργειας απαιτεί σημαντικές βελτιώσεις ενεργειακής απόδοσης σταθμών βάσης. Εναλλακτικά, μπορούμε να προσπαθήσουμε να συλλέξουμε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ηλιακά, αιολικά ή ωκεάνια κύματα για να τροφοδοτήσουμε το δίκτυο 5G.
Η ανάπτυξη του 5G πρέπει να είναι ομοιόμορφη σε διαφορετικές χώρες για να επιτύχει το μέγιστο αποτέλεσμα. Μέχρι στιγμής, 275 φορείς εκμετάλλευσης σε περισσότερες από 120 χώρες δοκιμάζουν τεχνολογίες 5G και σημειώνουν διαφορετική πρόοδο. Ενώ οι περισσότερες χώρες είναι ενθουσιώδεις για την υιοθέτηση του 5G, η γεωπολιτική μεταξύ της Κίνας και των ΗΠΑ και των αντίστοιχων συμμάχων τους έχει δημιουργήσει πολλές επιπλοκές. Δεν υπάρχει μικρή συμφωνία για το πόσο σοβαρή είναι η απειλή ασφάλειας από τη χρήση συσκευών που κατασκευάζονται από το εξωτερικό. Σε εθνικό επίπεδο, ενώ η ομοσπονδιακή κυβέρνηση των ΗΠΑ είναι πρόθυμη να προωθήσει το 5G, είναι επίσης επιφυλακτικό για πιθανή ξένη επιρροή. Επιπλέον, πολλές κυβερνήσεις των ΗΠΑ είναι δύσπιστες για την υποδομή 5G και έχουν παραπέμψει την ομοσπονδιακή κυβέρνηση σε εγκαταστάσεις 5G. Στο επίπεδο των μεμονωμένων καταναλωτών, αποδεικνύεται ότι ο ενθουσιασμός τους για το 5G ποικίλλει επίσης, καθώς πολλοί θεωρούν ότι οι κεραίες 5G που είναι εγκατεστημένες σε δημόσιες δομές «βλέψεις» ή ακόμα και επικίνδυνες για τη δημόσια υγεία.
συμπέρασμα
Χωρίς αμφιβολία, το γρηγορότερο 5G θα αναλάβει τις περισσότερες από τις λειτουργίες που προσφέρονται από τα συστήματα SCADA. Οι αισθητήρες χαμηλής ισχύος μπορούν να τεθούν σε λειτουργία σε πολλές απομακρυσμένες τοποθεσίες χωρίς αλλαγή μπαταριών για έως και 10 χρόνια. Παρά τα διάφορα εμπόδια, το 5G σημειώνει πρόοδο διεθνώς.
Το 3rd Generation Partnership Project (3GPP), ο οργανισμός πίσω από το πρότυπο 5G, ολοκλήρωσε το 3GPP Release 16 τον Ιούλιο του 2020. Αυτή η έκδοση καθόρισε την 5G «αυτόνομη» (SA) λειτουργία. Αυτό σημαίνει ότι το 5G θα αρχίσει να λειτουργεί ανεξάρτητα από την κοινή υποδομή 4G / 5G. Με τέτοια πρόοδο, αναμένεται ότι το 5G θα αναπτυχθεί γρηγορότερα προς τα εμπρός.
Πολλά από αυτά τα συστήματα SCADA λειτουργούν εδώ και πολλά χρόνια. Με την πάροδο του χρόνου, αναμένεται ότι όλο και περισσότερα τέτοια συστήματα θα μετακινηθούν σε 5G και IIoT, αλλά η μετατόπιση θα είναι σταδιακή.