Nye wifi-forbindelser vil kutte kabler i industrien

Hver dag sendes det data mellom maskiner og industrielle kontrollsystemer via kilometervis av ethernet-kabler hos de fleste moderne industribedrifter. Noen steder eksperimenterer de med trådløse nettverk over bluetooth, eller bruker vanlige sim-kort som sender over mobilnettverket. Det er også vanskelig å lukke ørene for 5G-hypen, som også lover nye og raske trådløse forbindelser over mobilnettverket om kort tid.

Men én type trådløs kommunikasjon er i høy grad fraværende på fabrikkgulvet: wifi. Den kanskje mest utbredte nettverksstandarden, som forbinder mange enheter på administrasjonsområdet og hjemme i stuene våre, finner du svært sjeldent på lageret, ved CNC-maskinene eller langs samlebåndene i industrien.

Wifi bruker for mye strøm, og man kan sjeldent stole 100 prosent på den når sanntidskritiske applikasjoner krever reaksjonstider på bare noen få millisekunder. Derfor ser mange begeistret på 5G som den nye nettverksteknologien som kan gjøre kommunikasjonen i industrielle miljøer trådløs.

Men det er kanskje for tidlig å avskrive wifi i produksjonen. For parallelt med lanseringen av 5G, blir wifi nemlig oppgradert voldsomt i en ny generasjon med navnet Wi-Fi 6. Men hva er det Wi-Fi 6 kan, og hvorfor kan det kanskje konkurrere med 5G, og på sikt med de mange kilometerne med ethernet-kabler?

Her gir vi deg en rask gjennomgang av nye Wi-Fi 6.

Fire til ti ganger raskere

Hver gang nettverksleverandørene har blitt enige om en ny generasjon, innebærer det som regel raskere og mer pålitelige forbindelser. Dette er også tilfelle med Wi-Fi 6. Men det er likevel vanskelig å sette et nøyaktig tall på hvor mye raskere forbindelser man vil kunne oppnå med Wi-Fi 6. Likevel vurderer analytikere og nettverksleverandører at forbindelsene blir fire til ti ganger raskere avhengig av miljø, rekkevidde et cetera.

Men når hastigheten kommer opp i over flere gigabit i sekundet, blir det for alvor mulig å koble sammen mange enheter på samme nettverk, uten at det oppstår signalforvirring eller langsomme forbindelser. Dette blir blant annet mulig fordi man kan pakke mer data i de samme radiobølgene, og de databrikkene som pakker og utpakker signalene blir kraftigere.

Lengre batteritider

Mens vi som forbrukere aksepterer at en smarttelefon må ha en oppladning med en til to dagers mellomrom, er det ikke akseptabelt i et industrielt miljø, hvor man ikke kan gå og bytte batterier i tide og utide på sensorer eller andre enheter som er batteridrevne. Dette er en av hovedårsakene til at mange velger bort trådløse nettverk på fabrikkgulvet. Wifi sluker nemlig altfor mye strøm, fordi wifi-radioen vil forbruke energi kontinuerlig for å søke etter nettverk.

Med Wi-Fi 6 introduseres en ny funksjon, «target wake time», som ifølge sertifiseringsorganisasjonen bak Wi-Fi 6, Wi-Fi Alliance, gjør det mulig å redusere energiforbruket. Når et aksesspunkt, altså en ruter, snakker med en tilkoblet enhet, for eksempel en sensor i en CNC-maskin eller en palletruck, kan ruteren nå instruere maskinen om når wifi-radioen skal aktiveres for å kunne ta imot nye data, og når den kan gå i dvale og dermed ikke bruke strøm.

Hvor mye denne nye funksjonen reelt betyr for strømforbruket er litt uklart.

«Jeg har snakket med mange industrifolk, og de tror at den viktigste nye funksjonen blir den såkalte «orthogonal frequency division multiple access» (OFDMA), som tillater flere klienter med forskjellige båndbredde-behov å bli tilkoblet med ett enkelt aksesspunkt samtidig», skriver nettverksanalytikeren Zeus Kerraval hos ZK Analyst, i en kommentar til Wi-Fi 6.

Kort fortalt kan man med OFDMA-metoden splitte en kanal opp i en rekke underkanaler, som hver for seg kan sende data til forskjellige enheter. Ved å dele opp dataene i forskjellige underkanaler som sender på forskjellige frekvenser, kan man unngå forstyrrelser og forvirring om hvilke data som skal overføres til hvilke enheter.

Dette er en funksjon som kan vise seg å være betydningsfull i industrielle miljøer, hvor nettverket må være så deterministisk som mulig, og hvor man ofte vil koble sammen mange forskjellige enheter på et forholdsvis lite område.

Tester på 100.000 m² produksjonsområde

I Storbritannia er produksjonsbedriften Mettis Aerospace akkurat nå – som en av de første europeiske bedriftene – i gang med å teste Wi-Fi 6 i et industrielt miljø. De produserer komponenter til romfarts- og forsvarsindustrien, og har blant annet Airbus, Boeing og Rolls-Royce som kunder. Testen foregår spredt ut over bedriftens 100.000 kvadratmeter store produksjonsfasiliteter sør for Birmingham. Konkret skal wifi-forbindelsen blant annet brukes til utvidet virkelighet (augmented reality) og overvåkning av produksjonsutstyr i sanntid.

Bedriften er valgt ut fordi produksjonsmiljøet inne på fabrikken stiller noen helt spesielle krav til trådløse forbindelser. Områdene som må dekkes er store, noen applikasjoner krever stor båndbredde, mens andre er avhengige av kort svartid, og andre og mer sanntidskritiske applikasjoner må kunne prioritere datatrafikken stramt.

«Industrielle bedrifter jobber i ekstremt komplekse miljøer som kan gjøre cellulære teknologier utfordrende å implementere og betjene effektivt. Vi tror at Wi-Fi 6 har en vesentlig rolle å spille i 5G-økosystemet, og gjør det mulig å iverksette en rekke kostnadseffektive industrielle applikasjoner, sier IT-sjef Dave Green hos Mettis Aerospace i en pressemelding.

Med OFDMA-metoden blir det mulig å prioritere hvilke data som skal sendes i hvilken rekkefølge, fordi de deles opp og ikke sendes i én samlet pakke.

– Wi-Fi 6 har innbygd kapasitet som gjør det mulig å gjøre trådløse forbindelser deterministiske, noe som er viktig for oppdragskritiske IoT-løsninger som brukes til industriell automasjon. Når vi ser på oppdragskritiske IoT-programmer, må vi også ha fokus på sikkerhet. Evnen til å gjennomtvinge retningslinjer med Wi-Fi 6-planlegning og segmentering gir langt bedre kontroll over disse miljøene, sier teknologidirektør for wireless Matt MacPherson hos Cisco.

5G og Wi-Fi 6: Konkurrent eller kollega

Selv om de fleste detaljene i Wi-Fi 6-standarden er frigitt, kan du ennå ikke kjøpe nettverksutstyr som støtter den nye standarden. Det skjer først tidligst til høsten. Det er noenlunde samtidig med at teleoperatører begynner å lansere de første 5G-nettverkene i Danmark og resten av Europa.

Og på mange måter minner de to nye trådløse teknologiene om hverandre. De er begge to IP-baserte, bruker OFDMA-teknologi for å utnytte radiobølgene mest mulig optimalt, og begge nettverkstypene lover gigabit-hastigheter.

Ingen av de to nettverksteknologiene er bakover-kompatible, noe som innebærer at det må investeres i ny maskinvare for nettverket, både på mottaker- og avsendersiden. Det betyr sannsynligvis også at implementeringen vil foregå i et forholdsvis rolig tempo, spesielt i industrien, hvor det er knyttet vesentlige investeringer til nettverks- og kommunikasjonssystemer.

– Utviklingen akselererer først i takt med at nettverksleverandørene produserer nytt nettverksutstyr til de nye standardene. Mange har investert i eksisterende nettverksutstyr i form av aksesspunkter, så det kommer til å ta tid før man bytter til nytt utstyr igjen, forteller prosjektleder Lars Vegger i Intego, som leverer nettverksløsninger til blant annet industrien.

Der er også forskjeller mellom Wi-Fi 6 og 5G.

5G er, i likhet med de eksisterende mobilnettverkene, drevet av teleoperatører på lisensierte mobilfrekvenser som teleoperatørene har kjøpt på frekvensauksjoner. Wi-Fi 6 er i likhet med de eksisterende wifi-standardene i stedet basert på ulisensierte frekvenser, hvor alle andre kan sette opp sitt eget utstyr og forstyrre radiosignalene.

Hvilken av de trådløse nettverksteknologiene som blir mest populær i industrien, er det fremdeles for tidlig å si. Én ting er likevel sikkert: Fremtiden vil by på flere trådløse forbindelser og færre kablede.

Saken ble først publisert på danske Ingeniøren, og gjøres tilgjengelig på norsk for abonnenter av Digi Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale med Teknologiens mediehus/Ingeniøren.