6G für industrielle Kommunikation

Aus Ultra wird Hyper

 

Extrem schnell und zuverlässig – »Ultra reliable low latency communication« (URLLC) bildet eine der zentralen Säulen des 5G-Standards. Damit öffnet sich der Mobilfunk erstmals auch für die Produktionshallen, in denen die fortschreitende Vernetzung und Automatisierung von Prozessen und Maschinen nach neuen, effizienten und drahtlosen Antworten verlangt. Diese müssen jedoch die strengen Anforderungen und Bedingungen der industriellen Kommunikation konsequent erfüllen.

Deshalb bleibt diese zentrale Säule auch mit 6G erhalten, allerdings in der weiterentwickelten Variante »Hyper reliable low latency communication« (HRLLC). Die Grenzen werden nochmals verschoben: Mit Latenzen von 100 Mikrosekunden und einer Zuverlässigkeit von 10-9 ermöglicht 6G die Echtzeitvernetzung und -kontrolle der Fertigungsabläufe. Denn sogar sicherheits- und missionskritische Anwendungen, die sich keine kostspieligen Produktionsausfälle erlauben dürfen, lassen sich durch HRLLC verlässlich und verzögerungsfrei steuern. Damit wird der Mobilfunk endgültig zur echten Alternative zum Kabel. 

Zur richtigen Zeit am richtigen Ort mit Time-Sensitive Networking

 

Das Umfeld, in dem der Mobilfunk in Fabriken agiert, ist komplex und unberechenbar. Zahlreiche koexistierende Echtzeitanwendungen stehen massiven Metallwänden gegenüber, die durch multiple Reflektionen zu Signaldämpfungen und Überlagerungen führen. Hinzu kommt, dass immer öfters »Automated Mobile Robots« (AMRs) sowie »Automated Guided Vehicles« (AGVs) durch die Produktionshallen fahren und zusätzliche Dynamik in die Abläufe bringen. Unter solchen Umständen ist die Implementierung eines drahtlosen Kommunikationsnetzes kein Selbstläufer. Eine deterministische Kommunikation, die alle Daten zum richtigen Zeitpunkt an den richtigen Ort führt, wird zur Herausforderung.

Als Garant für Determinismus setzen wir auf Time-Sensitive Networking (TSN). Dabei handelt es sich um ein Bündel kabelgebundener Standards, die in Form strukturierender Maßnahmen den Zufall aus der Produktionshalle eliminieren. TSN fungiert wie ein Dirigent, der wie mit Geisterhand alles orchestriert: Mittels Zuweisung fester Netzwerk-Routen werden die verschiedenen Informationspakete derart präzise synchronisiert und priorisiert, dass der zeitkritische Datenverkehr stets pünktlich ankommt. Zusätzlich gewährleistet TSN eine optimale Bandbreitennutzung und bietet eine durchgängige, herstellerneutrale Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud. Dies ermöglicht die Konvergenz der Informations- (IT) und Operationstechnologie (OT). Wir sind überzeugt: Time-Sensitive Networking und Mobilfunk bilden eine ideale Symbiose. Daher erforschen wir Mechanismen und Tools, um TSN für drahtlose Anwendungen nutzbar zu machen. 

Deterministisches 6G: Die Zukunft der industriellen Kommunikation

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Referenzprojekte

  • 6G-SHINE – SHort range extreme communication IN Entities

    6G-SHINE zielt darauf ab, Technologiekomponenten für drahtlose Subnetzwerke zu entwickeln und für den künftigen 6G-Standard vorzubereiten. Dabei handelt es sich um hochgradig lokalisierte Funknetzwerke innerhalb von Maschinen. 

    Das Fraunhofer IIS setzt seinen Fokus auf die Makrodiversity der Subnetzwerke, insbesondere Mehrfrequenzkommunikation und kollaborativer Empfang, und erstellt dafür einen Proof of Concept.

  • TWIN – Wireless TSN mittels WLAN und UWIN

    Das Projekt umfasst eine Studie, die darauf abzielt, ein neuartiges Netzwerk-Element zu untersuchen, das durch die Kombination von WLAN mit dem echtzeitfähigen Funksystem »Ultra reliable Wireless Industrial Network« (UWIN) entsteht.

    Dieses Element soll dafür sorgen, dass die Gesamtübertragungskette TSN-fähig und dadurch für den zuverlässigen Einsatz in industriellen Szenarien einsatzbereit wird. 

  • USWA – Ultra scalable wireless access

    USWA adressiert die echtzeitfähige drahtlose Industriekommunikation, um den Umstieg von Kabel auf Funk zu beschleunigen. Dazu wird ein Mesh-Netzwerkdesign erforscht, das die spezifischen Bedingungen von Industrieumgebungen berücksichtigt und dadurch den verzögerungsfreien Übergang zwischen Funknetzen ermöglicht.

    Das Fraunhofer IIS führt Proof-of-Concept-Untersuchungen für Echtzeit-Mesh-Systeme durch, die die 6G-Anforderungen hinsichtlich hoher Zuverlässigkeit und geringer Latenz erfüllen. 

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