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Funkstille in der Produktion?

Funk-Potenziale effizient nutzen

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Schnittstellen schaffen

Die Integration eines derartigen Netzwerk- und Ressourcenmanagements erfordert verschiedene Veränderungen:

  • Integration von Schnittstellen zur Konfiguration der Gateway-Funkknoten und zur Abfrage der Anwendungsanforderungen
  • Anbindung aller Gateway-Funkknoten an das Netzwerkmanagement
  • Übermittlung der Verbindungsqualität der Funknetze an das Netzwerkmanagement
  • Überwachung der Frequenzbänder hinsichtlich räumlicher Überlagerung und wechselseitiger Störung der Funknetze sowie bislang unbekannter Funkknoten

Heutzutage werden die Aufgaben des Netzwerk- und Ressourcenmanagements von Anlagenbetreibern oder Systemintegratoren beziehungsweise Troubleshooting-Dienstleistern übernommen. Jedoch fehlen dabei geeignete Hilfsmittel für die Überwachung und Störungsidentifikation in Funknetzen. Ausgehend von dieser Problemstellung hat das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen am Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme (Fraunhofer IIS/EAS) eine Lösung entwickelt – den Wireless Network Analyzer. Dieser untersucht simultan die Funknetze in der Umgebung hinsichtlich ihrer Verbindungsqualität und identifiziert bestehende Störungen. Die Analyse der Funknetze erfolgt hierbei auf Basis des Frequenzspektrums und der logischen Daten der Funktelegramme. Durch die Verknüpfung beider Ergebnisse lassen sich somit genaue Aussagen zum Systemzustand und zu Störungen im Netzwerk machen.

Störungen identifizieren

Mittels einer Spektralanalyse werden die Auslastung sowie zusätzliche Interferenzen in dem betrachteten Frequenzband ermittelt. Das allein liefert jedoch zu wenige Informationen, um konkrete Störquellen zu identifizieren. Beim Wireless Network Analyzer wird daher parallel eine Telegrammanalyse durchgeführt. Mit dieser wird zum einen die Topologie der überwachten Netzwerke rekonstruiert. Zum anderen werden für alle Funkverbindungen separat verschiedene Metriken berechnet (zum Beispiel Auslastung, Verbindungsqualität, Fehlerraten, Empfangsleistung, Telegrammabfolge) und der entsprechende Zeitverlauf analysiert. Damit werden der Zustand der einzelnen Verbindungen und vorhandene Störungen sowie die Reserven der Netzwerke hinsichtlich Auslastung und Zuverlässigkeit deutlich. Weiterhin ermöglicht ein zeitlicher Vergleich der verbindungspezifischen Analyseergebnisse, wechselseitiger Störungen zwischen einzelnen Funkverbindungen zu erkennen. Der Wireless Network Analyzer ermöglicht aktuell die simultane Analyse von Industrial-WLAN Netzwerken von Siemens und WLAN Netzwerken anderer Komponenten-Hersteller im 2,4 Gigahertz- und 5 Gigahertz-Band und wurde bereits erfolgreich in der Industrie eingesetzt. Der Entwicklungsschwerpunkt der Wissenschaftler am Fraunhofer IIS/EAS liegt aktuell in der Erweiterung der Einsatzgebiete auf Bluetooth-Netzwerke. Durch einem modularen Ansatz lässt sich der Wireless Network Analyzer problemlos um weitere Funktechnologien erweitern und kann so auch zukünftige Technologien bedienen.



Prototyp des Monitoring-Knotens zur permanenten Überwachung von industriellen Funknetzen.Bild: Fraunhofer IIS/EAS, Oliver Killig


Vielfältige Anwendungsfelder

Der Wireless Network Analyzer zielt insbesondere auf zwei Anwendungsfelder ab: Erstens die mobile Zustandsanalyse sowie das Troubleshooting und zweitens die Permanent-Überwachung industrieller Funksysteme. Mithilfe der Lösung können Anlagenbetreiber und Troubleshooting-Dienstleister auf einen Blick den Zustand der Funkvernetzung in ihren Anlagen erkennen, Störungen genau diagnostizieren und deren Ursachen identifizieren. Das schafft eine Transparenz über den ‘Gesundheitszustand’ der Funknetze und vorhandene Problemstellen, wie sie bisher nicht erreicht wird. Störungen können schnell erkannt und zielgerichtet behoben werden. Dazu gehören Ausbreitungsprobleme ebenso wie wechselseitige Störungen zwischen Funkknoten und Fehlkonfigurationen. Der Wireless Network Analyzer unterstützt bei der Installation, Abnahmeprüfung und im Betrieb funkvernetzter Anlagen. Das Risiko ungeplanter Nacharbeiten im Anschluss an die Abnahmeprüfung wird reduziert und die Überprüfung der Funknetze sowie die Identifikation von Störungsursachen während des Betriebs beschleunigt. Für das zweite Anwendungsszenario der Lösung – der Permanent-Überwachung industrieller Funknetzwerke – wird am Fraunhofer IIS/EAS derzeit ein Prototyp eines entsprechenden Monitoring-Knotens aufgebaut. Dieser kann dann verteilt an neuralgischen Punkten in der Produktionsumgebung installiert und an die drahtgebundene Infrastruktur angebunden werden. Im Fall aufkommender Verbindungsprobleme können so die zuständigen Mitarbeiter frühzeitig alarmiert und Anlagenausfälle vermieden werden. Zusätzlich wird der Monitoring-Knoten um Schnittstellen erweitert, die eine einfache Integration in ein übergreifendes Netzwerk- und Ressourcenmanagement ermöglichen.


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