Für sichere drahtlose Datenübertragung

Mobilfunk oder Wi-Fi 6?

3. Juni 2022, 18:39 Uhr | Martin Giess
Martin Giess, CTO bei EMnify
Martin Giess, EMnify: »Um die täglichen Abläufe innerhalb industrieller Anlagen zu koordinieren, kann eine Kombination aus Mobilfunk und Wi-Fi 6 eine sinnvolle Lösung sein.«
© EMnify

Ausreichende Datenübertragungsraten und ausfallsichere Kommunikation haben für Industriefirmen höchste Priorität. Doch welche – speziell drahtlosen – Standards sind insofern am geeignetsten, welche Vorteile hat das IIoT für Fabriken und Produktionsanlagen, und welche Rolle kann Wi-Fi 6 hier spielen?

In der Industrie können Unterbrechungen der Kommunikation zwischen Maschinen und Anlagen schnell gravierende Folgen haben, zumal die Produktionszeiten meist knapp kalkuliert sind. Weil moderne Industrieanlagen und Smart Factories global vernetzt sind, vor allem im Rahmen der Entwicklung hin zu Industrie-4.0-Standards, wirken sich solche Vorfälle rasch auch negativ auf Partner und Zulieferer aus. Die Abhängigkeit von eng getakteten und „smart“ gesteuerten Lieferketten trägt ebenfalls dazu bei, dass Störungen sich stark auswirken.

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Welche Sicherheit bieten Mobilfunknetze bzw. IIoT?

Moderne Industrieanlagen sind ein Konstrukt aus Maschinen, die automatisiert miteinander agieren können. Sie passen sich einander an und optimieren Prozessabläufe weitgehend ohne menschliches Eingreifen. Der Schlüssel zu diesem koordinativen Verhalten ist eine permanente und ausfallsichere Kommunikation.

Die wahrscheinlich größte Sicherheit für eine zuverlässige Maschinen-Kommunikation auch unter besonders harten Umweltbedingungen bieten die Technologien des Industrial Internet of Things. Das IIoT ist die Weiterentwicklung bzw. die Synergie aus zwei der wichtigsten Technologietrends unserer Zeit: Internet of Things und Industrie 4.0. Es verbindet intelligente Maschinen aus der Industrie 4.0 mit Sensor-, Big-Data- und Automatisierungstechnologien aus dem IoT-Bereich. Allerdings mit einem großen Unterschied zum IoT, wie man es beispielsweise von Smart Devices für zuhause kennt: Während herkömmliche IoT-Netzwerke über LAN und WLAN mit dem Internet verbunden sind, nutzen IIoT-Technologien Mobilfunknetze als Basis der Kommunikation.

Durch große Fortschritte in der Energieeffizienz ist die Technologie von IoT-Sensoren inzwischen so weit, dass sie große Datenmengen auch über weite Entfernungen übertragen können, ohne Batterien dabei massiv zu entladen. So können Mobilfunknetze auch beim IIoT ihre Vorteile entfalten und ermöglichen es, die bereits global verbreiteten Infrastrukturen großer Mobilfunknetze für den Datentransfer zwischen Maschinen und Anlagen zu nutzen. Für bestimmte Anforderungen lassen sich sogar individuelle, private Netze aufbauen. Erst mit der Entwicklung passender Sensoren wurde es möglich, diese Netze dauerhaft und ausfallsicher für die Maschinen-Kommunikation nutzbar zu machen.

Machine-to-Machine-SIMs

Rein optisch wirken die winzigen SIM-Karten unscheinbar, die in den Sensoren verbaut werden. Doch die intelligenten, netzunabhängigen SIM-Karten haben einiges zu bieten: M2M-SIMs sind extrem robust und für jedes Einsatzgebiet auf der Welt verwendbar. Durch die hohen Belastungen, denen Industrieanlagen dauerhaft ausgesetzt sind, müssen auch die M2M-SIMs deutlich mehr aushalten als normale Consumer-SIMs für Mobiltelefone. Obwohl solche herkömmlichen SIMs auch in M2M- oder IoT-Geräten funktionieren würden, sind sie primär für den normalen, alltäglichen Gebrauch konzipiert und ertragen raue Betriebsbedingungen nicht. Außerdem ist es schwierig, auf sie zuzugreifen und sie aus der Ferne zu verwalten. M2M-SIMs sind speziell konzipiert, um genau solche Anforderungen zu erfüllen.

Varianten, die für den Einsatz in der Industrie und in Fahrzeugen konzipiert sind, können Temperaturen von -40 °C bis +105 °C standhalten. Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, Vibration und Stöße wird dank Embedded SIMs erreicht. Darüber hinaus haben M2M-SIMs meist eine höhere Speicherkapazität und mit mehr als zehn Jahren eine deutlich längere Lebensdauer als klassische SIMs. Maschinen lassen sich schon ab Werk damit bestücken, sodass sie inklusive Kommunikations-Tool an ihrem Bestimmungsort ankommen. Im Einsatzgebiet wählen die M2M-SIMs dann automatisch das Netz mit dem stärksten Signal aus und können so in jeder Region eine Verbindung zum IoT herstellen – unabhängig von einzelnen Netzbetreibern, LAN oder WLAN. Dies stellt die Einsatzfähigkeit innerhalb des IoT in jedem Land und jeder Region der Erde sicher.

Predictive Maintenance

IoT-Connectivity auf Mobilfunk-Basis kann auch für Predictive Maintenance ein großer Vorteil sein, denn: Gerade Rohstoffe werden häufig in abgelegenen Regionen abgebaut, in denen LAN oder WLAN entweder gar nicht oder nur unzuverlässig nutzbar ist. SIM-Karten ermöglichen bei fehlender Breitbandverbindung die Übertragung von Daten, die nicht nur der direkten Kommunikation und Abstimmung dienen, sondern auch Aufschluss über den Zustand von Maschinenteilen geben. Drohende Ausfälle oder Abnutzungen lassen sich so erkennen und beheben, bevor sie tatsächlich eintreten. Denn Ersatzteile müssen häufig einen langen Weg hinter sich bringen, wenn sie etwa in Wüstengebiete oder andere Kontinente geliefert werden müssen. Werden Ausfälle wegen fehlender Kommunikation zu spät erkannt, kann diese Lieferdauer zu teuren Produktionsausfällen führen.

Kann Wi-Fi 6 eine Alternative sein?

Aktuell in aller Munde ist auch der neue WLAN-Standard Wi-Fi 6 - und das verdientermaßen. Wi-Fi 6 ist 1,5-mal schneller als seine Vorgänger und kann eine Vielzahl von Datenströmen gleichzeitig unterbrechungsfrei verarbeiten. Gemeinsam mit den Kostenvorteilen von WLAN wird Wi-Fi 6 dadurch für lokale Anlagen zu einer durchaus sinnvollen Variante, um die Kommunikation zwischen Maschinen und Systemen zu unterstützen.

Wi-Fi 6 überträgt Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 4,8 Gbit/s pro Client und lässt sich mithilfe moderner Cyber-Security-Lösungen auch relativ einfach vor einem Eindringen durch Angreifer schützen. Für kleinere Einrichtungen lässt sich Wi-Fi 6 temporär sogar zur WLAN-Telefonie über virtuelle Telefonanlagen nutzen, sogenannte Cloud PBX. Sie bilden virtuelle Netze, die Kommunikation auch bei schlechter Netzabdeckung ermöglichen, wenn beispielsweise nur ein Netzanbieter verfügbar ist und dieser ausfällt.

Eine solche Technologie ergibt vor allem für kleinere, eher lokal arbeitende Einrichtungen Sinn – für große Industrieanlagen allerdings kann selbst das schnellere Wi-Fi 6 zur Hürde werden, wenn die Datengeschwindigkeit für die große Menge von Maschinen und Daten nicht mehr ausreicht. Falls das WLAN ausfällt oder Wettereinflüsse und technische Fehler das Signal schwächen, bietet es keine schnell verfügbare Alternative, sodass im schlimmsten Fall Teile der Produktion ausfallen können. Ähnlich verhält es sich mit LAN-Verbindungen: Sie sind verlässlich, solange es nicht zu Beschädigungen der meist empfindlichen Hardware oder Kabel kommt. Ist dies jedoch der Fall, kann es mitunter sehr lange dauern, bis beispielsweise eine Leitung repariert und das Netzwerk wieder funktionsfähig ist.

M2M-SIMs sind im Vergleich dazu ausfallsicherer und wechseln automatisch auf das Mobilfunknetz mit der größten verfügbaren Signalstärke, sollte das präferierte Netz einmal ausfallen. Es bestehen also zu jeder Zeit stabile Alternativen, mit denen sich Kommunikation und Datenübertragung langfristig aufrechterhalten lassen. Dies gilt vor allem für abgelegene Regionen. Darüber hinaus bieten IIoT-Systeme auf Mobilfunk-Basis mehr Sicherheit bei der Kommunikation von Anlagen mit mobilen Einheiten oder Geräten, die sich außerhalb des eigentlichen Anlagengeländes befinden.

Um die täglichen Abläufe innerhalb industrieller Anlagen zu koordinieren, kann eine Kombination aus beiden Technologien allerdings eine sinnvolle Lösung sein: das schnelle und sichere Wi-Fi 6 als Unterstützung etwa in angeschlossenen Bürobereichen, während die eigentliche Kommunikation der Maschinen über M2M-SIMs gesteuert wird.

Synergien der Systeme

Anlagen der Industrie 4.0 sind intelligente, komplexe und anspruchsvolle Gebilde, die eine stabile und verlässliche Kommunikationsbasis benötigen. Flexible Mobilfunknetze bieten hier aktuell wohl die sicherste Möglichkeit, Störungen zu vermeiden, doch auch sie lassen sich zumindest lokal mit schnellen und sicheren Wi-Fi-6-Verbindungen unterstützen. Denn komplexen Anforderungen begegnet man am besten mit individuellen Lösungen, die auf die Synergien mehrerer Hand in Hand gehender Systeme bauen.

Über Martin Giess

Als CTO und Mitbegründer von EMnify ist Martin Giess verantwortlich für die technische Umsetzung und Entwicklung von EMnifys Produkten. Seit 15 Jahren ist er Experte auf dem Gebiet agiler und innovativer Telekommunikationstechniken. Bevor er EMnify mitbegründete, bekleidete Martin Giess technische VP-Positionen bei Syniverse und MACH.


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