28.10.2020
In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt Gemimeg-II „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ erarbeiten die 13 beteiligten Partnerinstitutionen verlässliche Standards, um in den Prozessen der Qualitätsinfrastruktur eine verlässliche Kommunikation digitaler Daten, Informationen und Zertifikate sicherzustellen. Der PTB-Fachbereich „Hochfrequenz und Felder“ führt in diesem Rahmen Messungen zur Kanal- und Signalcharakterisierung von drahtlosen Sensornetzwerken in Industrieumgebungen durch.
In der vernetzten industriellen Produktion kommen vermehrt drahtlose Sensornetzwerke auf Basis lokaler 5G- oder WLAN-Netze zum Einsatz, in denen Messwerte, Kalibrierinformationen und Steuerbefehle sicher, zuverlässig und mit minimaler Latenz übertragen werden müssen. Dabei werden zukünftig auch die bisher wenig in der Kommunikation genutzten Millimeterwellen und auch neue intelligente Antennensysteme (Bild 1) zum Einsatz kommen. Die Leistungsfähigkeit dieser drahtlosen Netzwerke hängt maßgeblich davon ab, inwieweit es gelingt, die Stör- und Abhörsicherheit und die Koexistenz mit anderen Funknetzen in Industrieumgebungen sicherzustellen, in denen schwierige Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen vorherrschen. Industrieumgebungen weisen häufig starke Reflexionen durch metallische Wände und Einrichtungen sowie starke Störsignale durch Umrichter und Motoren und Dopplerverschiebungen durch bewegte Maschinenteile auf. Um die Resilienz der drahtlosen Netzwerke zu erhöhen und einen optimierten Betrieb bei diesen schwierigen Sende- und Empfangsbedingungen zu ermöglichen, sollen die Kanal- und Signaleigenschaften in typischen Industrieumgebungen gemessen werden. Aus den erfassten Messwerten soll der Zusammenhang zu Betriebsparametern wie Ausfallwahrscheinlichkeit, Datenrate und Latenz (Quality of Service – QoS) abgeleitet werden, um die Netzarchitektur und die verwendeten Protokolle optimal auf die Übertragungsbedingungen abstimmen zu können.
Bild 1: Planares 4x4-Patchantennenarray mit elektronisch schwenkbarer Sende- und Empfangscharakteristik bei 28 GHz