Thiết kế IoT cho xe cộ biến một loạt các phương tiện trong hệ thống giao thông vận tải thành các trung tâm liên lạc không dây.
Internet of Things (IOT) triển khai được thử thách đủ trong các trường hợp sử dụng truyền thống cho các mạng thiết bị không dây: nông nghiệp, công nghiệp, thành phố thông minh và các ứng dụng khác trong nhiều ngành công nghiệp. Nhưng việc triển khai IoT có mức độ phức tạp khác khi vị trí di động và có động lực RF của một phương tiện giao thông. IoT xe cộ là một lĩnh vực IoT đang phát triển nhanh chóng, được thúc đẩy bởi nhu cầu của một tổ chức để chuyển đổi xe lửa, xe tải, tàu thủy, ô tô và các phương tiện khác thành các trung tâm truyền thông không dây với kết nối thế hệ tiếp theo. Trong bài viết này, chúng ta cùng thảo luận và xóa tan 11 lầm tưởng về lĩnh vực mới nổi của IoT xe cộ.
1. Đây chỉ là một thuật ngữ mới cho một thứ đã tồn tại. Xe cộ luôn có công nghệ không dây.
Đúng vậy, công nghệ không dây không phải là mới trong các loại xe ngày nay, từ xe tải chuỗi cung ứng đến xe du lịch. Tuy nhiên, công nghệ không dây trong các phương tiện vận tải và đội tàu này đang có một bước tiến lớn. Các phương tiện từng có một hoặc hai công nghệ và thiết bị không dây hiện đang được nâng cấp để phục vụ như các trung tâm truyền thông không dây với một danh sách dài các giao thức không dây, thiết bị không dây và ứng dụng. Ví dụ, nếu bạn nhìn vào bên trong cabin của một chiếc xe 18 bánh hoặc một chiếc xe cảnh sát, điều bạn ngày càng thấy bây giờ là môi trường IoT “bận rộn” và phức tạp như môi trường IoT trong một nhà máy công nghiệp.
2. Đúng, nhưng IoT là một từ gọi sai cho xe cộ; thuật ngữ “IoT” nên được dành riêng cho các triển khai khác. Xe cộ là hoàn toàn khác biệt và nên có một thuật ngữ khác.
Chắc chắn đúng là hầu hết các triển khai IoT trong vài năm qua đều tập trung vào các trường hợp sử dụng trong các môi trường rất khác với xe cộ: nhà máy công nghiệp, ứng dụng nông nghiệp, v.v. Nhưng với tôi, IoT rộng hơn nhiều so với bất kỳ trường hợp sử dụng cụ thể nào. Điều khiến IoT đủ điều kiện là “IoT”, bất kể cài đặt nào, thực tế là nhiều công nghệ không dây cần phải hoạt động cùng nhau theo kiểu tích hợp, hỗ trợ một loạt các thiết bị không dây và hoạt động thành công trong môi trường RF phức tạp. Những loại tình huống đó cần một chiến lược IoT thực sự và các phương tiện chắc chắn phù hợp với mô tả đó.
Các phương tiện như đội xe vận tải đường bộ, tàu chở hàng và máy bay chở hàng đang được trang bị ngày càng nhiều các thiết bị kết nối không dây và các ứng dụng hỗ trợ không dây yêu cầu hệ thống IoT cho phương tiện giao thông phức tạp. Việc triển khai IoT bao gồm hệ thống chẩn đoán, cảm biến môi trường, thiết bị an ninh vật lý, cảm biến kiểm soát nhiệt độ, khả năng theo dõi sản phẩm, hệ thống truyền thông nâng cao, thiết bị an toàn cho người lao động, thiết bị điện toán di động, v.v. Tất cả đều yêu cầu một môi trường không dây đa công nghệ với các công nghệ như Wi-Fi, Bluetooth, di động, GPS và LoRa.
3. Có thể hiểu xe cảnh sát hoặc xe cứu thương phù hợp với loại này, dựa trên số lượng thiết bị mà những người phản ứng đầu tiên có trong xe của họ. Nhưng một chiếc xe có Wi-Fi cho hành khách là một môi trường RF đơn giản hơn nhiều.
Việc triển khai không dây chỉ Wi-Fi sẽ đơn giản hơn theo nhiều cách, nhưng việc triển khai không dây cho xe cộ mà chúng ta đang thấy liên quan đến nhiều thứ hơn là chỉ cung cấp cho trẻ em tín hiệu Wi-Fi đáng tin cậy cho máy tính bảng của chúng. Các phương tiện vận tải hành khách như xe buýt, xe đưa đón, tàu, và các phương tiện khác có thể trang bị Wi-Fi cho hành khách là công nghệ không dây dễ thấy nhất, nhưng ngày nay không chỉ có vậy.
Những chiếc xe này đang được trang bị hệ thống không dây tinh vi có nhiều công nghệ và hỗ trợ một danh sách dài các hệ thống như máy bán vé, hệ thống báo cáo công suất/sử dụng, báo kỹ thuật số, theo dõi vị trí, thông tin liên lạc lái xe, hệ thống an ninh/an toàn, v.v. Tất cả những yếu tố đó tạo nên những môi trường IoT thực sự.
4. Nếu bạn đã làm việc trên các triển khai IoT truyền thống trong các thiết đặt khác, các thách thức sẽ giống nhau đối với các phương tiện.
Nhiều phương pháp hay nhất từ các dự án IoT khác sẽ tiếp tục là tài sản cho bạn trong các dự án IoT dành cho xe cộ. Và bạn sẽ làm việc với nhiều công nghệ giống nhau. Nhưng trong nhiều trường hợp, IoT dành cho xe cộ sẽ đẩy ranh giới của trải nghiệm IoT trong quá khứ của bạn. Ví dụ: bạn có thể được yêu cầu làm việc với các công nghệ không dây không phù hợp, chẳng hạn như môi trường công nghiệp.
Để minh họa điều này, chúng ta hãy nhìn vào những chiếc xe của cảnh sát. Đó là một chủ đề hợp thời bởi vì hàng chục nghìn phương tiện ứng cứu đầu tiên ở Hoa Kỳ đang được nâng cấp hệ thống không dây của họ ngay bây giờ để sử dụng mạng di động FirstNet dành cho các cơ quan an toàn công cộng. Những nâng cấp này thường liên quan đến một loạt các cải tiến ngoài kết nối FirstNet đơn giản và nó nhấn mạnh sự phức tạp của IoT cho phương tiện: Một chiếc xe cảnh sát sẽ không chỉ có kết nối FirstNet mà còn có cả Wi-Fi, Bluetooth, GNSS, UHF, 4G / 5G, v.v. công nghệ cùng nằm trong cùng một chiếc xe. Sau đó, những công nghệ đó phải hoạt động theo kiểu tích hợp để hỗ trợ danh sách thiết bị và ứng dụng ngày càng tăng, bao gồm camera thân máy, liên lạc bằng giọng nói, truy cập video độ phân giải cao, nhận diện khuôn mặt, kết nối máy tính xách tay, thiết bị theo dõi, v.v.
5. Lập kế hoạch IoT cho các phương tiện giao thông đơn giản hơn trong môi trường như công nghiệp và y tế, nơi bạn cần phải thực hiện chứng minh tương lai trong nhiều năm kể từ bây giờ.
Việc kiểm chứng trong tương lai thực sự quan trọng trong những môi trường đó vì chi phí và khó khăn thực tế khi phải nâng cấp cảm biến và hệ thống không dây quá thường xuyên. Điều này cũng đúng ở các phương tiện giao thông, nhưng vì một số lý do cụ thể. Một là khó khăn trong việc thực hiện nâng cấp hệ thống ăng-ten và không dây của xe cộ. Điều đó càng tăng lên khi các nâng cấp bao gồm toàn bộ đội xe, chẳng hạn như xe tải tiện ích hoặc đội vận chuyển. Các tổ chức muốn giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động cho những nâng cấp này, có nghĩa là việc triển khai IoT cần dự đoán các ứng dụng không dây trong tương lai và đảm bảo rằng các công nghệ phù hợp có sẵn để hỗ trợ chúng.
Cũng nên lưu ý rằng việc thêm một ăng-ten khác vào xe thường làm thay đổi hoàn toàn động lực RF theo cách tác động tiêu cực đến hiệu suất của mọi ăng-ten khác. Do đó, các kỹ sư phải tiến hành mô hình chi tiết và thử nghiệm để xác định xem có thể lắp thêm ăng-ten bổ sung hay không và có thể đặt chúng ở đâu trên xe. Cũng quan trọng không kém, việc lắp đặt phải được thực hiện cẩn thận để ngăn nước xâm nhập, vì ăng-ten bổ sung đòi hỏi phải có thêm lỗ ở bên ngoài xe. Rủi ro do nước xâm nhập là không đáng kể, đó là lý do tại sao việc bổ sung thêm nhiều ăng-ten cần được thực hiện hết sức thận trọng.
6. IOT là IOT. Các thách thức RF trong các phương tiện không khác nhiều so với trong các nhà máy hoặc khu bệnh viện.
Nhiều thách thức chung tồn tại giữa tất cả các môi trường này, nhưng các phương tiện giao thông đưa ra những thách thức rất cụ thể vì sự xuất hiện nhiều của bề mặt kim loại và sự tắc nghẽn của tín hiệu không dây trong một không gian nhỏ. Các phương tiện thường có nhiều bề mặt kim loại gần với ăng-ten và thiết bị. Các bề mặt kim loại này trở thành vật cản, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của ăng-ten. Thách thức đó còn phức tạp bởi số lượng ăng-ten và thiết bị đang hoạt động trong một không gian tương đối nhỏ. Mô hình hóa và thử nghiệm RF là rất quan trọng để hiểu được động lực học của RF liên quan đến việc lựa chọn ăng ten và vị trí đặt ăng ten dưới những chướng ngại vật này.
7. Để đạt được hiệu suất RF tốt nhất là vấn đề lắp đặt ăng-ten trên nóc xe.
Điều đó có phần đúng, nhưng các cấu trúc/ăng-ten trên mái xe hiện có và thành phần vật liệu trên mái đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn và bố trí ăng-ten. Đối với nhiều cơ sở lắp đặt ăng-ten trên mái xe, mái xe đóng vai trò là mặt phẳng nối đất cho ăng-ten và vị trí trên mặt phẳng nối đất đó có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất RF. Ngược lại, các bề mặt phi kim loại sẽ yêu cầu chọn một ăng-ten độc lập với mặt nối đất. Cho dù bạn có ăng-ten độc lập hay phụ thuộc mặt nối đất, các ăng-ten khác sẽ làm phức tạp vị trí của ăng-ten và cần được xác minh thông qua mô hình và thử nghiệm RF.
8. Động lực học RF của các phương tiện giao thông khá giống nhau, vì vậy nếu bạn đã làm việc trên một chiếc xe, bạn sẽ biết những gì bạn cần biết.
Điều đó đúng nếu bạn đang làm việc trên một mô hình giống hệt nhau của một bộ của máy bay, tàu hỏa và ô tô nhất định. Nhưng ngay cả những phương tiện tương tự cũng có thể có động lực RF khác nhau đáng kể do cách chúng được thiết kế, loại vật liệu được sử dụng, cách bố trí nội thất của mô hình, v.v.
Ví dụ, các mẫu ô tô có thể trông giống nhau ở bên ngoài, nhưng nếu một nhà sản xuất quyết định làm một bảng điều khiển bằng sợi thủy tinh hoặc nhựa thay vì kim loại, động lực học của RF có thể sẽ rất khác. Và có thể có những khác biệt không thể nhận thấy ngay giữa các phương tiện làm thay đổi động lực RF theo những cách tương tự. Vì lý do đó, kiểm tra RF là rất quan trọng để đảm bảo rằng ăng ten và vị trí của nó hoạt động theo cách được yêu cầu.
9. Vì các phương tiện di chuyển rất nhiều nên ăng-ten cao là lý tưởng để duy trì kết nối.
Chiều cao ăng-ten không còn là một chỉ số tốt về hiệu suất của xe. Ăng-ten cấu hình thấp có hiệu suất vượt trội với kích thước nhỏ hơn nhiều so với các loại ăng-ten thường thấy trên các phương tiện trước đây. Nhưng một ăng-ten cấu hình thấp cũng có ý nghĩa từ một quan điểm rất thực tế — ăng-ten dễ bị hư hại bởi cây cối, bụi rậm, gió, con người, đường hầm và các chướng ngại vật khác. Các anten cấu hình thấp thường ít bị hỏng hóc bởi những nguy hiểm đó, tránh việc sửa chữa tốn kém và mất thời gian.
10. Ngoài việc lo lắng về thiệt hại từ cây cối, làm việc với ăng-ten xe cộ cũng giống như các triển khai IoT khác?
Có một vấn đề khác cần theo dõi chặt chẽ: Trừ khi một kỹ sư đã làm việc trên một số triển khai không dây trong xe cộ, họ có thể sẽ ngạc nhiên về độ dài cáp liên quan đến IoT xe cộ. Cáp dài hơn nhiều so với hầu hết các dự án IoT khác, có khả năng dẫn đến các vấn đề suy giảm ảnh hưởng đến hiệu suất. Các kỹ sư làm việc trong các dự án này nên lựa chọn cẩn thận các thành phần, cáp và ăng-ten để giảm thiểu suy giảm.
11. Nếu bạn không làm việc cho một nhà sản xuất xe lớn, bạn không chắc sẽ tham gia vào bất kỳ dự án IoT nào dành cho xe cộ.
Vâng, rất nhiều hệ thống không dây đi vào các phương tiện giao thông được nhà sản xuất OEM lắp đặt tại nhà máy nơi nó được lắp ráp ban đầu. Nhưng nhiều hệ thống trong số này đang được lắp đặt ở khu hậu mãi, với những dự án được dẫn dắt bởi các công ty kỹ thuật hoạt động trong nhiều ngành khác nhau thay vì là các chuyên gia về xe cộ.
Ví dụ, nâng cấp không dây cho các phương tiện phản hồi đầu tiên thường được thực hiện bởi các công ty kỹ thuật bên ngoài chứ không phải OEM. Điều này cũng đúng đối với việc lắp đặt không dây trong các đội vận tải đường bộ đã đi vào hoạt động, các phương tiện vận tải công cộng đang hoạt động, v.v. Đây là một loại IoT đang phát triển nhanh chóng và nó đòi hỏi một chiến lược thiết kế và kỹ thuật phù hợp với những thách thức cụ thể triển khai IoT trên xe.
Electronic Design
