Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IISOb Industrie 4.0, smarte Warenströme oder vernetzte Mobilität: Digitalisierung braucht viel Kommunikation in vernetzten Systemen, insbesondere drahtlos vernetzte, eingebettete, elektronische Systeme - überall dort wo Mobilität, Flexibilität oder Nachrüstung in ein bestehendes Umfeld Anforderungen sind.
Auf Anwendungsebene wachsen dabei die Wünsche nach Detailgrad der Digitalisierung und nach Datenqualität immer weiter an. Auch datengetriebene Ansätze wie lernende Systeme oder KI sind auf riesige Datenmengen angewiesen. Als Folge entstehen immer mehr Daten, die bei drahtlosen Systemen über eine gemeinsame Funkressource übertragen werden müssen.
Zuverlässige Drahtlose Kommunikation
für Industrie 4.0 Anwendungen
Ultra Reliable Wireless Networks
Resultierende Paketverlustraten unter Einsatz unterschiedlicher Fehlersicherungsmechanismen.
Network Coding und Network Coded Cooperation besitzen als Netz-basierte Kodierverfahren das Potenzial den Kommunikationsbedarf im Funknetzwerk zu reduzieren und gleichzeitig die Robustheit zu steigern. Dabei besteht auch die Möglichkeit, dass der einzelne Funkknoten mit einer geringeren Sendeleistung auskommt oder dass auf Antennendiversität verzichtet werden kann, denn über die Kooperation kann dies kompensiert werden.
Die Vorteile von Network Coding sind:
- Erhöhung des Datendurchsatzes durch Kombination von Datenpaketen auf dem Weg zum Empfänger
- Steigerung der Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern durch Nutzung von redundanten Daten und räumlicher Diversität verschiedener Übertragungspfade
- Effizienzsteigerung und Reduktion des Datenverkehrs im Netzwerk durch flexible Kombination von Datenpaketen statt serieller Übertragung
- Erhöhung der Netzwerkflexibilität und besseres Routing durch Nutzung von räumlicher Diversität verschiedener Übertragungspfade, Kooperation und flexibler Kombination von Datenpaketen
Ambient IoT
„Ambient IoT“ und "Zero Energy Communications" sind zentrale Themen der aktuellen 3GPP- und IEEE-Standardisierung zu IoT-Geräten, die durch Energy Harvesting betrieben werden und energieoptimierte Funkprotokolle verwenden.
Unser Fokus liegt auf aktuellen Möglichkeiten, Beispielen sowie theoretischen und praktischen Grenzen der Realisierung von energieautarken drahtlosen Sensoren, die nachhaltig aus Energy Harvesting Quellen versorgt werden. Wir betrachten verschiedene Anwendungsszenarien sowie unterschiedliche Funksysteme wie LPWAN, WLAN, Bluetooth und RFID in Verbindung mit aktuellen Standardisierungsaktivitäten in 3GPP und IEEE.
Einsatz von Network Coding
Network Coding bzw. Network Coded Cooperation kommt bei Fraunhofer IIS bereits bei einigen Technologien zum Einsatz:
Drahtlose Bewegungssensorik am Roboter mit höchster Zuverlässigkeit bei deterministischer Latenz.
IO-Link Wireless
Industrielle Funkvernetzung mit deterministischer Zykluszeit
Mit der weltweit einsetzbaren IO-Link Wireless Funktechnologie steht ein kostengünstig realisierbarer, hochzuverlässiger und deterministischer Kommunikationsstandard zur Verfügung. Für eine Anwendung am Roboter wurde eine drahtlose Datenkommunikation für mehrachsige inertiale Messeinheiten (IMU) realisiert, bei der auch leistungsfähigere Datensicherungsverfahren basierend auf Network Coding getestet wurden. Wir unterstützen sie bei der Entscheidung der richtigen Funktechnologie für ihre Anwendung sowie bei der Einführung einer deterministischen Funkübertragung basierend auf IO-Link Wireless.
UWIN Prototyp
UWIN – Ultra reliable Wireless Industrial Network
Drahtlose Echtzeitkommunikation bei höchster Zuverlässigkeit
In Anlagen der Industrieautomatisierung befindet sich typischerweise ein Teil der Sensoren und Aktuatoren sowie andere Automatisierungskomponenten auf beweglichen Subsystemen. Werkzeuge an Roboterarmen, Schlittenbahnen sowie Dreh- und Koordinatentische sind Beispiele solcher Subsysteme, für deren Regelung eine Anbindung mit sehr kurzen Zykluszeiten im einstelligen Millisekunden-Bereich an die übergeordnete Steuerung notwendig ist. Die heutzutage dafür verwendeten Kabelschleppketten, Drehdurchführungen und Schleifkontakte bringen zahlreiche Nachteile mit sich, wie etwa Verschleißanfälligkeit, hohes Gewicht, beschränkte Erweiterungsfähigkeit oder Restriktionen der Bewegungsfähigkeit.
Zur Lösung dieser Problematik entwickelt das Fraunhofer IIS die Funktechnologie »Ultra reliable Wireless Industrial Network« (UWIN), die als drahtlose Erweiterung oder als Ersatz von drahtgebundenen Feldbussen eingesetzt werden kann. Im Vergleich zu heutigen Funktechnologien wird so eine echtzeitfähige Signalübertragung mit extrem kurzen Latenzzeiten bei höchster Zuverlässigkeit ermöglicht.
Unser Angebot
Unsere Forschungsaktivitäten zu Network Coding fokussieren sich auf einen hohen Datendurchsatz und hohe Zuverlässigkeit insbesondere für Echtzeit-Funksysteme.
Technologieberatung
Das Fraunhofer IIS verfügt über umfassendes technisches und praxisorientiertes Know-how, Sie bei der Bewertung und Einführung von Funk-Systemen sowie beim geplanten Einsatz von Network Coding bzw. Network Coded Cooperation zu unterstützen. In verschiedenen Projekten wurden bereits Verfahren mit geringer Verarbeitungslatenz und geringem Signalisierungsaufwand konzipiert, simuliert und als eingebettete Echtzeit-Software umgesetzt.