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Dienstag, Oktober 24, 2017
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Aktuelles aus der Kommunikation

Bussystem, Ethernet, Profibus, Modbus, RFID, Internet of things, Industrie 4.0

pepperl02151Titelstory

Achema Halle 11.1, Stand A41

Die Wireless-Technologie zur Prozesssteuerung in der Prozessautomation gewinnt immer mehr an Bedeutung. Besonders innerhalb der Netzwerkarchitekturen und Übertragungsprotokolle ergeben sich dank Cloud-Netzwerken (WNC) neue Möglichkeiten, welche der nächsten Generation drahtloser Qualitätssicherungssysteme äußerst nützlich sein können. Sich neu organisierende Algorithmen in Wireless Ad-hoc Netzwerken werden in dem EU-Forschungsprojekt „Diwine“ analysiert. Hier entwickelt Pepperl+Fuchs gemeinsam mit verschiedenen Partnern neue Lösungsansätze für flexible Netzwerke.



Der Forschungsschwerpunkt von Diwine konzentriert sich auf die Optimierung und Erweiterung der bestehenden Standards der Wireless-Technologien.

Speziell im Bereich der Prozessautomation werden nur geringe Datenmengen übertragen, dies jedoch über große Ausdehnungen. Daher wird im Allgemeinen hier auf Funktechnologie zurückgegriffen, die auf im Kommunikationsstandard IEEE 802.15.04 beschriebenen Mesh- Netzwerken mit 250 kBaud basiert. Durch das Routing der einzelnen Signale über das gesamte Netzwerk ist eine sehr weitläufige Netzwerkstruktur möglich. Die steuernde und überwachende Intelligenz des gesamten Netzwerkes ist durch den zentralen Netzwerkmanager sichergestellt, der das gesamte Netzwerk synchronisiert. Er bestimmt den jeweils besten Pfad zwischen einzelnen drahtlosen Teilnehmern und erlaubt den Teilnehmern, ihre Kommunikation innerhalb eines definierten Zeitfensters (Slot) abzuwickeln.

Im Falle nicht übertragener Daten gehen die Sensoren in einen Bereitschaftsmodus, sparen so Energie und versuchen später erneut, die Nachricht zu übermitteln. Nach einer bestimmten Anzahl erfolgloser Wiederholungen, werden die Daten über einen alternativen Pfad übertragen und somit anders geroutet.

Optimierungspotential erschließen

Wünschenswert wäre ein Weg, welcher bei Beibehaltung der positiven Eigenschaften ein flexibleres und schnelleres Netzwerk zur Verfügung stellt. In dem internationalen Forschungsprojekt Diwine entwickelt Pepperl+Fuchs zusammen mit anderen Partnern aus Industrie und Forschung neue Algorithmen und Lösungsansätze für Wireless- Ad-hoc-Netzwerke. Ziel ist ein flexibles Netzwerk, das auch in schwierigen Funkumgebungen sicher, schnell und zuverlässig arbeitet.

Dezentrale Intelligenz durch Cloud

pepperl02152Das Hauptkonzept besteht hierbei darin, das zentrale Netzwerkmanagement durch dezentrale Intelligenz in den einzelnen Funkknoten zu ersetzen. Anstelle der relativ statischen, vom zentralen Netzwerkmanagement bestimmten Tabellen, treten verschiedene Algorithmen. Mittels Informationen über die Funkumgebung und erreichbarer Nachbarn verleihen diese Algorithmen jedem einzelnen Teilnehmer die Möglichkeit, auf Störungen oder ungeplante Anforderungen autonom und damit schneller zu reagieren. Somit gibt es auch keine übergeordnete steuernde Instanz, die die komplette Struktur des Netzwerkes verwaltet.

Das Netzwerk stellt sich nach außen als Cloud dar. Die Cloud sorgt in ihrer Gesamtheit für einen sicheren und zuverlässigen Transport aller Nachrichten über das Mesh-Netzwerk ohne die Notwendigkeit, diese zwischen den einzelnen Teilnehmern zu quittieren.

Multicast-Ansatz sorgt für Weiterleitung

Wenn im Fehlerfall über einen Pfad nicht mehr gesendet werden kann, sorgt das oben beschriebene Verfahren trotzdem für eine sichere Weiterleitung der Nachricht ohne signifikante Erhöhung der Signallaufzeit, da die Weiterleitung durch den Multicast- Ansatz parallel geschieht und nicht erst auf das nächste verfügbare Zeitfenster gewartet werden muss.

Das Gesamtprojekt geht über eine Laufzeit von drei Jahren. Pepperl+Fuchs als Industriepartner engagiert sich hier in der Form, dass Demonstratoren auf Basis von existierenden Wireless Hart-Produkten gebaut und getestet werden. Diese Demonstratoren haben sowohl das Wireless Hart- als auch das Diwine-Interface und sind somit Teilnehmer in beiden Netzwerkarchitekturen. Damit vereinen sie die Vorteile von beiden.
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