Siemens – Wi-Fi 6 – Styrket effektivitet på industrielle applikationer?

Det er ikke et spørgsmål om, hvordan IEEE 802.11ax (også kendt som Wi-Fi 6) og 5G styrer den trådløse, mobile kommunikation i industrielle miljøer. Siemens understøtter begge teknologier, og dermed tilbyder vi de bedste løsninger til mange forskellige behov. Wi-Fi 6 er i særdeleshed den første WLAN-standard,der ikke længere primært fokuserer på større båndbredde, men også på mere effektiv brug af frekvenser hos hver enkelt klient, i takt med at antallet af deltagere stiger. Standarden rummer funktioner, som skal implementeres i komponenter af industriel kvalitet.

Trådløs LAN i industrielle miljøer har i lang tid været mere end blot en trådløs forbindelse mellem få stationære deltagere. Med indbyggede industrielle tillægsfunktioner, såkaldte iFeatures – fx den industrielle Point Coordination Function (iPCF) – har Siemens allerede udvidet tidligere WLAN-standarder med realtids-funktionalitet og forberedt dem til de meget krævende industrielle applikationer.  Applikationer med mange deltagere, fx kranvogne, automatiske transportsystemer (AGV’er), højreollagre/reolkraner, højbaner (monorails) og tiltagende mobile robotter i den modulære produktion ses nu overalt i verden. Teknologien er blevet en integreret del af verdens automation. Det ser man endnu mere i den helt igennem digitaliserede fabrik med flere og flere IIoT-enheder og mobile, virtuelle/augmented reality-enheder til visualisering af data og processer, fx som arbejdshjælp.  Der kommer hele tiden flere og flere deltagere på de trådløse netværk, og dermed stiger behovet for endnu mere fleksibel og effektiv kommunikation. Men håndtering og koordinering, service og vedligeholdelse skal stadig være nemt at have med at gøre for brugeren.

Den nyeste WLAN-standard – IEEE 802.11ax – sjette generation, også kaldet Wi-Fi 6 fra Wi-Fi Alliance, kommer med en række højtydende funktioner, der kan udvides.

Mere effektiv kommunikation bit for bit

Med OFDMA-funktionaliteten (orthogonal frequency-division multiple access) har vi taget et kæmpe skridt mod større effektivitet. OFDMA er en metode til datatransmission, der allerede er etableret i mobil kommunikation, men den er ny i WLAN. Indtil nu har WLAN brugt den såkaldte OFDM-metode (orthogonal frequency-division multiplexing).  Og her er der kun en klient ad gangen, der kan kommunikere med knudepunktet, og man optager kommunikationskanalen helt alene.

Med OFDMA er kommunikationskanalen delt i flere underkanaler, såkaldte ressource units (RU’er). Disse underkanaler kan kobles sammen på forskellig måde og bruges af forskellige brugere. På den måde kan man transmittere data samtidig og i kortere intervaller. Det kan nedbringe reaktionstiden for især små pakker, fx PROFINET-telegrammer, og i yderste konsekvens kan det betyde kortere cyklus- og svartider på automationsløsninger. Et WLAN med OFDMA-knudepunkter fra ende til anden giver brugerne en lang række fordele. Det betyder fx at flere deltagere kan kommunikere hurtigere end før, eller at man kan transmittere flere data på samme tid med det samme antal deltagere. Dermed kan fx automatiske transportsystemer (AGV’er) eller et avanceret transportbånd reagere hurtigere på uforudsete hændelser, fx at der er personer i vejen på transportvejen. Derfor kan man øge hastigheden uden forøget risiko. I et højreollager betyder det langt højere omlæsningsrater.

Det giver basis for parallel håndtering af de mere og mere hyppige krav til stabil realtid inden for automationskomponenter og datatunge applikationer, fx kameraoverførsler.

Nedbring energiforbruget og belastning af den trådløse kommunikation

Et defineret target wake time (TWT), der fastsættes for hver deltager, er en anden ny funktion ved Wi-Fi 6, hvilket betyder, at klienterne kun bliver adresseret og ’vækket’, hvis det er nødvendigt. Dermed bruger klienterne mindre energi, og det kan resultere i længere runtime- og vedligeholdelsescyklusser for batteridrevne enheder.

Og endnu vigtigere er det, at i komplekse systemer transmitterer ’sovende’ deltagere ikke, og dermed optager de heller ikke kommunikationskanalen. Det letter planlægningen og koordineringen af et stort antal deltagere og fører lettere til en stabil og uafbrudt kommunikation. Med tre forskellige TWT-modes bliver denne del af standarden meget fleksibel.

Genbrug af kanaler, der er fysisk tæt på hinanden

Formålet med den nye standardfunktion ”Spatial Reuse with Basic Service Set (BSS) Coloring’ er evnen til at genbruge kanaler, der ligger fysisk tæt på hinanden. Selv hvis de er så fysisk tæt på hinanden, at man normalt ville forvente alvorlige forringelser. Til dette formål tildeler man en ’farve (color)’, fx et nummer, og man definerer en dynamisk kanaludløsertærskel for hver BSS bestående af et knudepunkt og tilhørende klienter. Det betyder, at deltagerne kan kommunikere stabilt, også selvom kanalen faktisk er optaget af deltagere med en anden farve, men de transmitterer med lavere kraft. Dermed er der ikke nogen ventetid på ledige kanaler, og kanalerne kan genbruges mere effektivt.

’Spatial Reuse’ sørger dermed for, at man kan bruge frekvensspektret meget mere effektivt og for nye paradigmer, når man planlægger anlæg.  Genbrug af fysisk tætte kanaler forenkler fx koordineringen mellem udstyr fra flere forskellige leverandører i en fabrik. I industrielle IoT-miljøer kan man forvente at opnå en bedre distribution af mange klienter på tværs af de forskellige knudepunkter og dermed en større driftsstabilitet (transmissionskvalitet) i tætte miljøer.

Betyder det også større effektivitet på industrielle applikationer?

Denne standard kan med sine forbedringer endnu ikke favne alle de krav, der er til automationsløsninger i industrien. 

For at bruge OFDMA i realtid, skal man fx implementere en korrekt timing (kommunikationsplanlægning eller kommunikationskontrol ved knudepunkterne). Det kritiske punkt i den trådløse kommunikation er nemlig overgangen af en klient fra et knudepunkt til et andet, og det er hverken blevet overvejet eller forbedret i denne standard. Det kræver ekstra industrielle tilpasninger i den måde, som den allerede kendte industriorienterede funktion iPCF til en bestemmende realtidskommunikation fungerer på.

Konklusion

Tendensen inden for kommunikation går i retning af automationsprotokoller med store realtidskrav, som kører parallelt med datatunge applikationer. For at kunne håndtere alle applikationer via en trådløs forbindelse uden problemer, kræver det, at man udvider de mekanismer, der allerede findes i standarden.

Så kan man ikke alene udnytte mulighederne i den nye standard, men også gå længere end det og skabe øget værdi i automationen med hensyn til realtid og stabilitet – og det er præcis den forhåbning, som Siemens allerede implementerer med Industrial Wireless LAN, og som også bliver implementeret i Wi-Fi 6.

LÆS også: Siemens – Forskellige encodere til forskellige applikationer
Siemens A/S's Firmaprofil

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.