Schnell von Zelle zu Zelle

Für zeitkritische Applikationen ist Standard-WLAN in der Industrie nicht geeignet. Grund ist: Beim Zellenwechsel kann es zu unvertretbaren „Roaming“-Verzögerungen kommen.

Für zeitkritische Applikationen ist Standard-WLAN in der Industrie nicht geeignet. Grund ist: Beim Zellenwechsel kann es zu unvertretbaren „Roaming“-Verzögerungen kommen. Ergo sind spezielle Verfahren gefordert, mit denen sich diese Verzögerungen in tolerierbaren Grenzen halten lassen.

Drahtlose Funktechnologien dringen verstärkt in die Automatisierungstechnik vor – bis hinunter zur Feldbus-Ebene. Verantwortlich dafür sind zum einen Anwendungen, die ein großes Maß an Mobilität der beteiligten Geräte erfordern, zum anderen Faktoren wie eine höhere Flexibilität und nicht zuletzt die damit einhergehende Kostenersparnis. Beispielhafte Anwendungen sind Transportsysteme, die drahtlos mit einer übergeordneten Steuerung kommunizieren, oder auch Scanner in der Materialflussüberwachung, um eingescannte Daten an eine Logistikzentrale zu senden.

Da die Realisierung industrieller Kommunikation künftig vermehrt auf Basis von Echtzeit-Ethernet-Techniken erfolgt, wie zum Beispiel Profinet, eignet sich für solche Anwendungen im besonderen Maße der Wireless-LAN-Standard (WLAN) IEEE 802.11. Er ermöglicht eine große Anzahl mobiler Teilnehmer sowie hohe Datenraten und unterstützt zudem den Wechsel zwischen benachbarten Funkzellen (Roaming). Im Vergleich zu herkömmlichen WLAN-Installationen in Büro-Umgebungen stellt der industrielle Einsatz jedoch in der Regel weit höhere Anforderungen an die Echtzeit-Fähigkeit und die Zuverlässigkeit der verwendeten Drahtlos-Technik. Abhängig von der industriellen Anwendung sind deterministische Zykluszeiten beziehungsweise Aktualisierungszeiten im Bereich weniger Millisekunden gefordert.

Bei Profinet basiert das dem zyklischen Prozessdatenaustausch zugrunde liegende Konzept auf dem Provider-Consumer-Modell. Nach dem erfolgreichen Aufbau einer Kommunikationsbeziehung zwischen Provider und Consumer mit entsprechend vereinbarten Parametern stellt der Provider dem Consumer zyklisch und ohne weitere Aufforderung Nutzdaten zur Verfügung. Der Consumer überprüft permanent die Kommunikation auf das regelmäßige Eintreffen der Daten innerhalb eines definierten Überwachungsintervalls; beim Ausbleiben der Daten kommt es zum Abbruch der Verbindung. Die gesamte Reaktionszeit des Automatisierungssystems wird wesentlich von der Verzögerung der Übertragungsstrecke beeinflusst. Daher ist es derzeit noch nicht oder nur begrenzt möglich, die Anforderungen bezüglich maximal tolerierbarer Latenzzeiten durch Integration herkömmlicher, nicht deterministischer WLAN-Technik zu erfüllen.

Ein erster Schritt zur Lösung dieses Problems ist die Einführung der Standarderweiterung 802.11e, die Mechanismen zur Bereitstellung einer definierten Dienstgüte spezifiziert. Damit lässt sich die Einhaltung vorab festgelegter Latenzzeiten garantieren – allerdings nur innerhalb einzelner Zellen! Häufig besteht das gesamte Netzwerk aber aus mehreren Funkzellen. Das heißt: Einzelne mobile Teilnehmer müssen zwischen den Zellen wechseln. Dadurch kommt es zu zusätzlichen Verzögerungszeiten, die durch den Verlust des Dienstes und dem daraus resultierenden Roaming-Prozess entstehen (neue Access-Point-Suche – Authentifizierung – Assoziierung). Ergo ist, um eine vorhandene Verbindung nicht zu unterbrechen, dieser Roaming-Vorgang ebenfalls auf eine Zeit zu reduzieren, die von der Anwendung toleriert werden kann. Ein potenzieller Infrastrukturansatz, der dies zu leisten vermag, ist ein „Switched WLAN“ mit einer zentralen Instanz, die unter anderem den Roaming-Prozess signifikant verkürzt, aber auch hinsichtlich des Managements und der Wartung große Vorteile bietet.