Применение Wi-Fi для индустриального интернета вещей

Современное промышленное производство перестраивается в рамках четвертой индустриальной революции (Индустрия 4.0). Данная концепция предполагает создание «умных» фабрик, на которых производственное оборудование, робототехнические системы и устройства безопасности функционируют как единая сеть с минимальным участием человека, т. е. автономно. Индустриальный интернет вещей (англ.: Industrial Internet of Things, IIoT) занимает центральное место в этой концепции.

Беспроводная связь играет ключевую роль в реализации IIoT. В отличие от проводных решений, беспроводные сети снижают сложность монтажа, уменьшают затраты на обслуживание и обеспечивают мобильность оборудования — что особенно важно для роботизированных устройств, автономных транспортных средств и вращающихся механизмов, где прокладка кабелей затруднительна. Технология Wi-Fi здесь является крайне перспективным кандидатом: она широко доступна, экономически эффективна и непрерывно развивается, охватывая все новые рынки. Вместе с тем промышленные системы управления предъявляют строгие требования к качеству обслуживания (англ.: Quality of Service, QoS): задержки доставки пакетов должны составлять не более нескольких миллисекунд, джиттер — не превышать микросекунд, а потери пакетов должны практически отсутствовать. Достижение этих целей с использованием беспроводных сетей, в частности, Wi-Fi, требует глубокого понимания внутренних механизмов технологии и их тщательной и всесторонней оптимизации.

Лаборатория беспроводных сетей имеет глубокие знания ключевых механизмов современных стандартов 802.11 (Wi-Fi HaLow, Wi-Fi 6, 7 и 8), а также богатый опыт применения Wi-Fi в требовательных сценариях IIoT. Коллектив лаборатории продемонстрировал, как даже существующие стандарты Wi-Fi могут быть настроены для выполнения уникальных QoS-требований промышленных приложений. Также разработана оптимизированная схема связи на базе Wi-Fi 6, объединяющая технологию OFDMA для эффективной многопользовательской передачи, пакетную агрегацию для снижения накладных расходов, синхронизацию времени в масштабах всей сети, доступ к каналу по расписанию для устранения конкуренции, а также координацию между перекрывающимися сетями для устранения интерференции. Результаты имитационного моделирования показали, что предложенный подход позволяет обслуживать более 50 промышленных устройств в одном канале шириной 20 МГц с уровнем потерь пакетов ниже 10⁻⁶ и циклом обмена сообщениями менее 4 миллисекунд — более чем вдвое превышая емкость стандартной конфигурации Wi-Fi 6. Лаборатория беспроводных сетей также выполнила ряд промышленных проектов в данной области.

Список актуальных публикаций: