Industrial Wireless

2011 begann die Hightech-Strategie der deutschen Industrie 4.0 mit der Förderung der nächsten industriellen Revolution - der Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen, Prozessen und Arbeitskräften in der industriellen Automatisierung. Ähnliche Initiativen gibt es heute in einer Reihe von Industrieländern auf internationaler Ebene. Ziel ist es, intelligente Fabriken zu schaffen, in denen cyberphysikalische Systeme die reale und virtuelle Welt verbinden. Smart Machinery wird in Echtzeit über das Internet der Dinge (IoT) kommunizieren und es für neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit benutzen. Dadurch wird eine intelligente Mensch-Maschine-Interaktion sowie eine völlig flexible und hocheffiziente Produktion ermöglicht.

Der Trend der Digitalisierung erfordert von Unternehmen und Wissenschaft eine schnelle Innovation und die Etablierung neuer Plattformen und Standards, welche sich dann auf verwandte Branchen wie Logistik, Bauwesen, Landwirtschaft oder professionelle Unterhaltung auswirken werden.

Um die digitale Fabrik und die Smart Industries der Zukunft zu realisieren, muss die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) eine zentrale Rolle spielen. Eine Schlüsselkomponente wird eine neue Generation von drahtlosen Technologien und Protokollen sein - ein Forschungsgebiet, in dem das Fraunhofer HHI führende Expertise besitzt.

Die industriellen Funktechnologien müssen weiterentwickelt werden, um den Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit sowie den Sicherheitsnormen in Automatisierungs- und Steuerungssystemen gerecht zu werden, seien es Roboternetzwerke und diskrete Fertigungs- oder Prozessautomatisierung. Die Technologien werden insbesondere von den Fortschritten der 5. Generation der Mobilfunknetze (5G) profitieren. In diesem Zusammenhang bietet das Fraunhofer HHI die folgenden Lösungen an:

  • Kanalmodellierung für verschiedene Umgebungen in der drahtlosen Industrieautomation
  • Konzepte und Algorithmen für hochzuverlässige und latenzarme Kommunikation (URRLC) & Prototyping von echtzeitfähigen, softwaredefinierbaren Geräten
  • Anwendungsorientierte, lagenübergreifende Optimierung von Kommunikationsschichten
  • Verbesserte Multi-RAT-Architekturen
  • Energieeffiziente Datenübertragung für die drahtlose maschinenartige Kommunikation
  • Datenanalyse, maschinelles Lernen und Vorhersagen in industriellen drahtlosen Sensor- und Aktuatornetzwerken
  • Datenanalyse, maschinelles Lernen und Vorhersagen in industriellen drahtlosen Sensor- und Aktuatornetzwerken
  • Netzwerkplanung und -optimierung für digitale Fabriken

Aktuelle Projekte

LIPS

Live Interactive PMSE Services
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TaktilusTactile Internet for secure and time-sensitive applications of industrial and process automation
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DigitalTWINDigital Tools and Workflow Integration for Building Lifecycles
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IC4F Industrial Communication for Factories
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SEKOM Secure Real-time Communication for Industry and Commerce
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RelCOvAir Reliable Industrial Communication over the Air (EU Celtic-Plus)
AMMCOA Autonomous Mobile Machine Communication for Off-Road Applications
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OrtoFern-3D Precise 3D-Localization System for Wireless Controllers in District Heating Networks (EU EFRE)
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i-Wireless Industrial Wireless and Edge Clouds for the Control and Monitoring of Processes and Plants (Fraunhofer Berlin Center for Digital Transformation)
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Abgelaufene Projekte

KoI Coordination System for Industrial Communication
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PMSE-xG Programme Making and Special Events - Next Generation
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FleMMingo Flexible Wireless Machine-to-Machine Communication in Industrial Environments (Fraunhofer)

Weitere Themen

Low Latency

Die Übertragung mit geringen Latenzen über die drahtlosen Kommunikationsschnittstelle ist eine wesentliche Voraussetzung für das Ermöglichen von aktuellen und zukünftigen Anwendungen in der Industrie.

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Im September 2015 präsentierte die ITU-R ihre Vision für die IMT für 2020 and beyond einschließlich niedriger Latenz. Auch Standardisierungsgremien wie 3GPP haben eine Machbarkeitsstudie über neue Dienste erstellt. Zu den genannten Anwendungsfällen gehören unter anderem: virtuelle Präsenz, industrielle Steuerung, taktiles Internet, vernetzte Fahrzeuge, industrielle Fabrikautomatisierung und Biokonnektivität. Tatsächlich werden drahtlose Systeme, die niedrige Latenzen ermöglichen, für eine Vielzahl zukünftiger Anwendungen unerlässlich sein.

Solche Anwendungen erfordern eine End-to-End-Latenzzeit von wenigen Millisekunden und sogar darunter. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, müssen insbesondere die physikalische Schicht und die mittlere Zugriffsschicht von drahtlosen Kommunikationssystemen verbessert werden. Insbesondere die Verarbeitungszeit für digitale Signale muss verkürzt und die Rahmenstruktur für Pakete mit niedriger Latenzzeit angepasst werden.

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut bietet Lösungen zur Verbesserung der physischen und mittleren Zugangsebene für die Unterstützung von Übertragungen mit niedriger Latenz, wobei 5G im Allgemeinen und in spezifische Anwendungsfälle im Besonderen behandelt wird. Insbesondere bieten wir Lösungen für das Wellenform- und Rahmenstrukturdesign des drahtlosen Signals und entwickeln Protokolle, die an die Eigenschaften des drahtlosen Kanals angepasst sind. Darüber hinaus können wir mit unserer eigenen, softwaredefinierten Funkplattform neu entwickelte Mechanismen und Protokolle überprüfen.

Reliable Communications

Hohe Zuverlässigkeit ist eine Schlüsselkomponente für den Einsatz der drahtlosen Kommunikation in kritischen Systemen.

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In Szenarien wie der industriellen Fabrikautomatisierung und der Notfallsysteme werden garantierte Fehlerraten unter 10-⁹ diskutiert, was mit den aktuellen drahtlosen Kommunikationsstandards nicht möglich ist. Für viele zukünftige Anwendungen wird erwartet, dass die Nachfrage nach ultrazuverlässiger drahtloser Kommunikation steigen wird, da oft die Installation von Kabeln (die mit hohen Installations- und Wartungskosten und Ausfallzeiten aufgrund von Verschleiß verbunden sind) nicht möglich ist.

Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut entwickelt und bewertet hochzuverlässige und robuste drahtlose Kommunikationsverfahren für verschiedene Anwendungen, von der Industriefunktechnik bis zur Fahrzeugkommunikation, wobei 5G im Allgemeinen und in spezifische Anwendungsfälle im Besonderen behandelt wird. Eine wichtige Technik zur Realisierung einer hochzuverlässigen Kommunikation ist die Erschließung der Vielfalt, insbesondere angesichts der hohen Dynamik der drahtlosen Kanäle. Neuartige Kommunikationsparadigmen wie Multi-Connectivity und kognitive Komponenten ermöglichen eine hohe Zuverlässigkeit auch bei hoher Mobilität. Unsere softwaredefinierte Funkplattform ist eine zentrale Komponente, um neu entwickelte Systeme unter realistischen Bedingungen zu verifizieren.