Visible Light Communication in der Intralogistik
FTS kooperieren auf Sicht
Lebensdauer messen
Durch empirische Untersuchungen und Simulation zeigte sich, dass kooperative Aufgaben im Mittel einhundert Mal länger dauern als die Verbindung in einem Peer-to-Peer-Netzwerk zwischen FTS. Es wird angenommen, dass während der Ausführung einer kooperativen Aufgabe zwischen FTS die VLC-Verbindungen nicht unterbrochen werden, weil die Sichtverbindung zwischen den Fahrzeugen aufgrund der engen Zusammenarbeit nicht abreißt. Während der Sichtverbindung gibt es keinen Paketverlust. Bei VLC-Verbindungen, bei denen Sender und Empfänger nur geringe Relativbewegungen erfuhren, kam es auch bei Dauertests nicht zu Paketverlusten.
Routingregeln an mobile Clients
Es gibt verschiedene Strategien für die Verteilung von Routing-Regeln an Clients. Bei der dezentralisierten Erstellung dieser Regeln generiert und pflegt ein Client eigene Routingtabellen. Alternativ kann das Routing von einer zentralen Einheit organisiert und geplant werden und die daraus resultierenden Regeln an die Clients verteilen. Diese Lösung ist oft vorteilhaft, weil die implementierte Strategie auf globalen Informationen basiert. Das Clustering wird dabei mithilfe von SDN implementiert. Eine zentrale SDN-Steuerung gewinnt Informationen zu geplanten Aufgaben aus dem FTS-Flottenmanagementsystem. Diese Informationen werden durch die Steuerung in Routinginformationen (Flow Table Entries) umgewandelt und an die SDN-Switches (das heißt die FTS) übertragen. Mittels des Click-Modular Routers wurde das beschriebene Verhalten in einer Implementierung nachgewiesen.
Lichtkommunikation ist praktisch und flexibel
Kooperierende FTS in Industrieumgebungen sind ein vielversprechender Ansatz für die Fabrik der Zukunft. Industrielle WiFi-Implementierungen reichen häufig nicht aus, um die Anforderungen hinsichtlich niedriger Latenz und hoher Zuverlässigkeit bei kooperativen Aufgaben zu erfüllen. VLC stellt eine vorteilhafte Alternative dar. Ein FTS-Clustering auf Grundlage dieser Kommunikationstechnologie kombiniert die Vorteile beider Schnittstellen. Die vorgeschlagene Architektur wurde mithilfe von SDN implementiert, in dem alle Fahrzeuge Software-Switches enthalten, die durch eine zentrale SDN-Steuerung konfiguriert werden. Die lokale Kommunikation in dieser Architektur erwies sich den gestellten Anforderungen an die Kooperation als sicher gewachsen.
Aktuell verfügbare Kommunikationstechnologien
IEEE 802
Beim weit verbreiteten IEEE 802.11 (WiFi) handelt es sich um eine nicht-deterministische Technologie, bei der Latenzwerte über 50 ms und Paketverluste auftreten. Daher eignet es sich nicht für kritische Echtzeit-Anwendungen. Außerdem werden die ISM-Bänder in modernen Fabriken bereits zur Gänze genutzt. Der Thin[gk]athon, veranstaltet vom Smart Systems Hub, vereint kollaborative Intelligenz und Industrie-Expertise, um in einem dreitägigen Hackathon innovative Lösungsansätze für komplexe Fragestellungen zu generieren. ‣ weiterlesen
Innovationstreiber Thin[gk]athon: Kollaborative Intelligenz trifft auf Industrie-Expertise
LTE und 5G
LTE und 5G als Mobilfunktechnologien haben den generellen Vorteil, in lizenzierten Frequenzbändern zu arbeiten und somit der drahtlosen Kommunikation in Fabriken zusätzliche Bandbreite zur Verfügung zu stellen. Sie bieten eine native Unterstützung von Mobilität. Mit 5G wird eine Übergabe ohne zusätzliche Latenz erwartet. Umfassenden Messungen bestätigten, dass bereits Standard-LTE mehrere Anwendungsfälle von Industrie 4.0 ermöglicht.
Peer-to-Peer, Mesh, Ad-hoc
Im untersuchten Anwendungsfall müssen Informationen von einem FTS an ein anderes FTS übertragen werden. Ad-hoc-Netzwerke ermöglichen eine solche direkte D2D-Kommunikation. Verglichen mit infrastrukturgebundenen Netzwerken wird die Übertragungsstrecke um einen Zwischenschritt verkürzt. Ad-hoc-Netzwerke gewinnen im industriellen Umfeld an Bedeutung, insbesondere im Kontext der drahtlosen Sensornetzwerke. Sie können Informationen von statischen Sensorknoten sammeln und verteilen. Die Integration von Mesh-Technologie in FTS ermöglicht die Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen mobilen Endgeräten.
Software Defined Networks
In SDN wird der Betrieb der Switches durch eine übergeordnete Steuerung orchestriert und überwacht. Sie gibt Routing-Regeln an die untergeordneten Switches weiter. Daher sind Netzwerksteuerung und Daten in diesen Netzwerken entkoppelt.
Clustering in der Kommunikation
In mobilen Ad-hoc-Netzwerken stellen Cluster die Skalierbarkeit für große Netzwerke bereit. Große Ad-hoc-Netzwerke ohne Cluster kämpfen mit der Zahl der Clients und ihrer Mobilität. Durch die Verwendung von Clustern werden Skalierbarkeit und Mobilität verbessert.
Die Autoren danken Professor Dr. Wolfgang Kiess von der Hochschule Koblenz für die Unterstützung.
