TWIN - Wireless TSN mittels WLAN und UWIN : TWIN-Studie

Abstract

Im Gegensatz zu Anwendungen, welche im Büro oder im Heimbereich stattfinden, benötigt der Datenfluss bei Industrieanwendungen einen klaren Zeitbezug. Dies bedeutet auch bei der aktuellen kabelgebundenen Kommunikation, dass Daten in einem festen Raster erzeugt werden und auch ihr Ziel in diesem vorgegebenen Raster erreichen können. Werden diese Vorgaben nicht eingehalten, dann muss eine Maschine nach einer festen Zeit in einen festgelegten Wartezustand gehen. Dieser wird typischerweise erst dann wieder verlassen, wenn ein Mensch die Maschine wieder freischaltet und startet. Dies bedeutet einen Produktionsausfall und somit hohe Kosten für ein Unternehmen. Um solche Ausfälle zu verhindern, werden aktuell verschiedene Feldbussysteme eingesetzt. Der Nachteil dieser Systeme ist, dass sie Insellösungen darstellen. Das heißt, dass Informationen in Echtzeit nur innerhalb des Feldbusnetzes ausgetauscht werden können. Wollen höher gelegene Instanzen in der Automatisierungspyramide, wie SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) oder ERP (Enterprise Resource Planning) aus der so genannten Prozessleitebene auf die Daten eines Sensors zugreifen, so muss die Feldebene (Operation Technology (OT)) diese explizit aufbereiten und der Leitebene (Information Technology (IT)) zur Verfügung stellen. Mit Time-Sensitive Networking (TSN) als Schlüsseltechnologie für eine OT-/IT-Konvergenz wird es nun möglich, auch von den oberen Ebenen direkt, ohne Kommunikationssystemtransfer auf die tieferen Ebenen zuzugreifen. Somit kann die Kommunikation in der Produktion schlanker und kostengünstiger gestaltet werden. Wird dieses Konzept bis zum Ende verfolgt, ist es natürlich auch notwendig, dass eingebundene drahtlose Kommunikationssysteme in der Lage sind TSN zu unterstützen. Aktuelle Mobilfunkgenerationen der 3rd Generation Partnership Project (3GPP 5G Release 16/17) sind potenziell in der Lage dies zu tun, doch ist die Realität in der Fabrik meistens eine andere. Dort sind drahtlose Netze der Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) wie WLAN (Wireless Local Area Network) nach dem IEEE 802.11 defacto Standard, aktuell in der Ausprägung WiFi5 oder WiFi6 (Wireless Fidelity). Somit stellt sich die Frage ob es Möglichkeiten gibt, existierende WLAN-Installationen zu nutzten und ob diese für TSN befähigt werden können. Dieses Kernthema wurde im Projekt TWIN untersucht und die Erkenntnisse davon sind in diesem Dokument zusammengefasst. Datei-Upload durch TIB