Drahtlose Lösungen für die Fertigung
Konnektivität ist der ausschlaggebende Schlüsselfaktor für die digitale Transformation, die derzeit im industriellen Kontext stattfindet, und ihre Rolle gewinnt immer mehr an Bedeutung. Eine der großen Anforderungen an die industrielle Kommunikation ist die effiziente Bereitstellung von hochproduktiven und zuverlässigen vernetzbaren Maschinen und Anlagen. Unter diesen Voraussetzungen richtet sich der Blick verstärkt auf die nächste Phase der industriellen Konnektivität, in der es um noch mehr Mobilität, um automatische Konfigurierbarkeit und einfache Integration einer großen Anzahl von Internet of Things (IoT)-Geräten gehen wird.
Das fortiss-Projekt TSNWiFi untersucht hierbei insbesondere industrielle Anwendungen, die auf Infrastrukturen basieren, welche die Vorteile von drahtlosen und drahtgebundenen deterministischen Technologien nutzen. Die fortiss-Wissenschaftler*innen arbeiten dabei auch an der Verbesserung von enger Zeitsynchronisation und zeitgerechter Planung in der drahtlosen Technik, die somit kritische Anwendungen in der Fertigungsumgebung bedienen kann.
Das Projekt TSNWiFi trägt zum neuesten Wireless-Standard Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) bei, der in der Machine-to-Machine-Kommunikation und beim Internet of Things (IoT) in komplexen industriellen Umgebungen zum Einsatz kommt.
Im Gegensatz zu früheren WiFi-Standards verfügt Wi-Fi 6 über Eigenschaften, die eine präzise Zeitsynchronisation und eine begrenzte Latenzzeit ermöglichen. Darüber hinaus bringen drahtlose Technologien erhebliche Vorteile mit sich, wie z. B. geringere (Betriebs-) Kosten, Skalierbarkeit, Flexibilität bei der Veränderung der Anlage oder Vermeidung von teurer und wartungsintensiver Verkabelung. Um zeitkritische Anwendungen, mit periodischem und sensiblem Datenverkehr mit begrenzten Garantien sicherzustellen, sind jedoch weitere Entwicklungen bei den drahtlosen Technologien erforderlich, z. B. Fernkontrolle von kritischen Geräten in einer Produktionslinie.
Da sich der Standard Wi-Fi 6/Wi-Fi 6E/Wi-Fi 7 momentan noch in der Entwicklung befindet, forscht fortiss an neuartigen, softwarebasierten Lösungen, die industrielle Szenarien und Anwendungen optimal unterstützen. Die softwarebasierten Verfahren, die in TSNWiFi entwickelt werden, tragen dabei zur Integration von drahtlosen Technologien in industriellen Umgebungen bei.
TSNWiFi leistet einen Beitrag zu drei wesentlichen Aspekten: Um eine genaue Zeitsynchronisation zu ermöglichen, wird die relevante Zeitsynchronisierung drahtloser Mechanismen analysiert, die auf Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) Wi-Fi benutzt werden können. Die Mechanismen für eine geeignete Isolierung des Datenverkehrs werden untersucht und darüber hinaus der zeitgesteuerte Zugriff definiert, der die Anforderungen des zeitkritischen Netzdatenverkehrs erfüllt.
Das Projekt trägt zu einer umfassenden Betrachtung aktueller Industrie-Szenarien bei, die bereits auf drahtlose Technologien für verschiedene vertikale Märkte (Fertigung, Bergbau, Energie, öffentliche Infrastrukturen usw.) setzt und schlägt wichtige Anforderungen für zukünftige Einsatzbereiche vor.
Die fortiss-Wissenschaftler*innen haben zudem die aktuellen Wi-Fi 6- und Wi-Fi 7-Standards analysiert und softwarebasierte Mechanismen zur Unterstützung einer engen Zeitsynchronisation auf der Basis des Standards IEEE 802.11mc entwickelt. Darunter fallen das zeitkritische Scheduling auf der Basis des "Target-Wake Time"-Ansatzes, der im Standard IEEE 802.11ax integriert ist sowie die Isolierung des Datenverkehrs, basierend auf den Begriffen der Ressourceneinheit WI-Fi 6.
Die TSNWiFi-Ergebnisse werden anschließend in einen Demonstrator integriert, der im fortiss "Industrial IoT Lab" aufgebaut sein wird.
Mit den aussagekräftigen Ergebnissen des Projekts TSNWiFi ist ein besseres Verständnis für die Integration von drahtlosen Technologien in industriellen Umgebungen und den damit verbundenen Vorteilen gelungen. Darüber hinaus wurde ein Vorschlag zur Erweiterung der aktuellen Wireless-Standards erarbeitet die deterministische Garantien für industrielle Szenarien ermöglichen sollen.
Im Anschluss an das Projekt steht eine Open-Source-Software zur Verfügung, die in Open-Source-Treibern integriert ist und das Verhalten des Wi-Fi 6 verbessert.
Das Projekt TSNWiFi wird von der Huawei Technologies Düsseldorf GmbH begleitet und finanziert. Das internationale Technologieunternehmen entwickelt intelligente, digital vernetzte Systeme als Grundlage einer nahezu selbstorganisierten Produktion.
