Tech – ROAMING

30. Juli 2020

VON NETZ ZU NETZ IN ECHTZEIT SPRINGEN

Authors
Dr. Christian Dombrowski – Xavier Bush – Jesper Lindström

In unseren bisherigen Beiträgen haben wir gezeigt, dass die existierende drahtlose Technologie die Leistungsanforderungen für zeitkritische industrielle Anwendungen problemlos erfüllen kann. Dennoch gibt es immer noch Hürden in Bezug auf einen wichtigen Anwendungsfall von Industrie 4.0 – flexible, rekonfigurierbare Fertigungsbereiche, die durch mobile Einheiten ermöglicht werden. Können die vorhandenen Methoden diesen mobilen Einheiten eine stabile Echtzeitverbindung über ihren gesamten Betriebsbereich bieten?

Gegenwärtig sind die beiden beliebtesten Techniken zur Gewährleistung einer drahtlosen Abdeckung Roaming und Mesh-Netzwerke. In diesem Beitrag werden beide Methoden analysiert und erklärt, warum Roaming die ideale Lösung für die industrielle Automatisierung ist.

Mesh-Netzwerke: Eine clevere Technik, die drahtlose Ressourcen überstrapaziert

Mesh-Netzwerke sind in den letzten Jahren immer beliebter geworden. Dies ist sowohl auf ihre Flexibilität als auch auf ihre Implementierung in Wi-Fi- und WirelessHART-Netzwerken zurückzuführen. Das Konzept der Mesh-Netzwerke selbst ist einfach und genial – alle Knoten verbinden sich dynamisch und nicht-hierarchisch mit so vielen anderen Knoten wie möglich und leiten die Daten dann über den direktesten Weg zum Empfänger. Jeder mobile drahtlose Benutzer hat sich irgendwann einmal in einem Raum mit einem schwachen und ständig abfallenden Wi-Fi-Signal wiedergefunden, was sich auf seine Benutzererfahrung auswirkt. Mesh-Netzwerke bieten eine effektive Lösung, indem sie andere Wi-Fi-fähige Geräte in der Nähe (ab 2020 gibt es normalerweise mehrere an einem bestimmten Ort) nutzen, um einen klaren Pfad zum Router zu schaffen.

Ein Wi-Fi-Mesh-Netzwerk kann auch sein Abdeckungsgebiet mit der Anzahl der hinzugefügten Stationen vergrößern. Ein Basisabdeckungsbereich von 20 m kann auf 100 m erweitert werden, indem einfach fünf neue Stationen an strategischen Standorten hinzugefügt werden. Diese Lösung ist äußerst flexibel und vielseitig, da alle Stationen sowohl Pakete senden als auch empfangen können.

Ein Mesh-Netzwerk bestehend aus AGVs, Gabelstaplern und einem
menschlichen Bediener (Master)

Allerdings sind Mesh-Netzwerke mit bestimmten Fehlern behaftet, die sie für die zeitkritische Automatisierung ungeeignet machen. Zunächst einmal kann die Übertragungslatenz von Mesh-Netzwerken lang und unvorhersehbar sein – wenn ein Sender zwei „Sprünge“ von einem Empfänger entfernt ist (siehe Abbildung oben), wird die Übertragungslatenz verdreifacht. Je länger es dauert, bis ein Datenpaket übertragen wird, desto länger belegen diese Daten den Kanal und verhindern, dass andere Stationen senden. Diese Latenzzeit nimmt mit der Dichte der Mobilstationen im Netzwerk weiter zu. Darüber hinaus erfordert jeder Umleitungsversuch eine Aktualisierung der Routingtabelle des Netzwerks, was zu einem Verbindungsabbruch führen kann. Da die Zykluszeiten in industriellen Anwendungen stark optimiert sind, sind Mesh-Netzwerke ab einem bestimmten Schwellenwert nicht mehr skalierbar.

Mesh-Netzwerke haben auch Schwierigkeiten, einen konstanten Dienst zu gewährleisten, insbesondere wenn die drahtlosen Stationen mobil sind. Denken Sie an fahrerlose Transportsysteme (AGVs), die oft in einem großen Werkstattbereich mit vielen Hindernissen zwischen ihnen und der zentralen Steuereinheit (central control unit – CCU) arbeiten – typischerweise ein Arbeiter mit einem Bediengerät. Eine große Anzahl von AGVs würde zwar die Reichweite des Netzwerks erhöhen, aber es besteht weiterhin die Gefahr, dass alle in einem einzigen Bereich außerhalb der Reichweite der CCU landen und eine Notbremsung auslösen könnten. Der Mitarbeiter, der die CCU hält, muss dann hinübergehen und sie manuell reaktivieren. Es versteht sich von selbst, dass ein Szenario mit diesem Risiko für zeitkritische industrielle Anforderungen ungeeignet ist.

Alle Mobilstationen haben sich versehentlich aus der Reichweite der
CCU entfernt (der Betreiber)

Diese beiden kritischen Nachteile von Mesh-Netzwerken – die „Hop“-Latenzzeit und unvorhersehbare Verbindungen – bedeuten, dass andere drahtlose Automatisierungs-methoden erforscht werden müssen.

To learn more about roaming and EchoRing’s innovative wireless solution, please download the free PDF. 

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