Null Datenverlust in betriebskritischen Drahtlos-Anwendungen

Die Unvorhersehbarkeit von Funk-Interferenzen war für Industrieanwender lange Zeit ein abschreckender Faktor für die Installation drahtloser Lösungen in betriebskritischen Anwendungen. Viele selbstheilende- und Dual-Band-Technologien wurden entwickelt, um den Einfluss von Interferenzen abzuschwächen. Jedoch können Signalwiederherstellung und Neuverbindung immer noch zu Datenpaketverlust führen und sind daher inakzeptabel für Anwendungen, die keine Latenz tolerieren. Es gibt jedoch die Möglichkeit der Kommunikation mit null Datenpaketverlust, wenn die simultane Dual-Radio-Übertragung (Concurrent Dual Radio, CDR) eingesetzt wird. Diese ermöglicht hochzuverlässige Drahtloskonnektivität in betriebskritischen Anwendungen und das mit weiteren Vorteilen, wie optimierter Datendurchsatz, Immunität gegen Interferenzen und latenzfreie Übertragung.


Bild 3: In typischen Single-RF-Lösungen entsteht ein Paketverlust, wenn elektromagnetische Störungen den Client am Empfang des Datenpakets hindern.
Bild: Moxa Europe GmbH

Herkömmliche Drahtlosnetzwerke bieten üblicherweise ein bestmögliches Service-Niveau, das für Umwelteinflüsse und Interferenzen anfällig ist. Das kann zum Verlust von Datenpaketen und zu wiederholten Anfragen zum erneuten Versand führen, was die meisten latenzsensiblen Anwendungen nicht tolerieren. Selbstheilende Drahtlos-Technologien wurden eingeführt, um die Kommunikation durch Kanal-/Frequenzwechsel wiederherzustellen. Dies allerdings kann einige Sekunden, wenn nicht Minuten dauern. Auch wenn Routinemaßnahmen zur Erkennung und Behebung von Interferenzen ergriffen werden, sind Drahtlosinterferenzen immer noch möglich, und sie können die Netzwerkzuverlässigkeit und die Systemsicherheit aufs Spiel setzen. In Bezug auf ihre tatsächliche funktionsweise können traditionelle Dual-Band Access Points Anwender in die Irre führen. Die meisten Anwender erwarten, dass die Access Points Daten simultan über beide Frequenzen übertragen, und finden dann heraus, dass die Access Points über eine Frequenz übertragen, und zur anderen Frequenz wechseln, wenn die Übertragungsqualität unter eine bestimmte Schwelle fällt.

Diese Form der Redundanz hat ihre Grenzen

  • • Der Wechsel zur anderen Frequenz erfordert Zeit, und während des Wechsels findet Paketverlust statt
  • • Wenn die Schwelle für den Frequenzwechsel zu niedrig eingestellt ist, muss die Datenrate erst unter die Schwelle fallen, bevor gewechselt wird. Für Anwendungen, die ein konstant hohes Leistungsniveau erfordern, ist das nicht akzeptabel.
  • • Wenn die Schwelle so eingestellt ist, dass der Frequenzwechsel erst bei einem höheren Wert ausgelöst wird, entsteht möglicherweise ein Ping-Pong-Effekt, bei dem die Drahtlosverbindung ständig zwischen zwei Frequenzen hin und her wechselt, was den Wechsel an sich sehr ineffizient macht.
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Fakten über Drahtlosinterferenzen

Interferenzen sind schwer festzustellen und zu quantifizieren. Wenn Interferenzen ein Datenpaket vom Übermittler verfälschen, wird vom Empfänger kein Empfangspaket gesendet, und das ursprüngliche Datenpaket muss erneut gesendet werden. Darüber hinaus ist das 802.11-Protokoll darauf ausgelegt, die Übertragung zu verzögern, wenn bestehende Interferenzen entdeckt werden. Die Pakete werden nur dann gesendet, wenn die Interferenzen nicht mehr bestehen. Längerfristig bestehende Interferenzen können deshalb den Durchsatz des Drahtlosnetzwerks deutlich reduzieren.

Nicht-Wifi-Geräte können ebenfalls Interferenzen erzeugen

Mobiltelefone, Wireless-Kameras, Bluetooth-/Zigbee-Geräte und Mikrowellen sind einige Beispiele für Geräte, die die Qualität von Drahtlosnetzwerken deutlich beeinflussen können. Sogar ein mangelhaft angeschlossener elektrischer Schaltkreis kann Interferenzen verursachen. Zusätzlich zum reduzierten Datendurchsatz können Interferenzen die Neuanpassung oder das Zurückstellen der Datenrate erwirken, was die Übertragungsrate unnötig verringert.

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Steigerung der Access-Point-Dichte reduziert Interferenzen nicht

Eine höhere Dichte an Geräten steigert die Interferenzen im Netzwerk sogar noch. Die Reduzierung der Übertragungsleistung jedes Access Points reduziert zwar die Zweikanal-Interferenzen, aber effektiv vernachlässigt sie den ursprünglichen Gedanken, die Geräte-Dichte zu erhöhen.

Es gibt mögliche neue und versteckte Quellen für Interferenzen

Die offensichtlichen Vorteile der Drahtloskonnektivität haben Gerätehersteller dazu angetrieben, neue Drahtlosprodukte anzubieten, wie Videoüberwachungskameras, Media Player, Bewegungssensoren und weitere elektronische Geräte für den persönlichen Einsatz. Sogar defekte elektrische Schaltkreise im inneren von Wänden können Interferenzen hervorrufen.

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Simultane Dual-RadioTechnologie (CDR)

Es sind viele fortschrittliche Drahtlostechnologien verfügbar, die Interferenzen effektiv erkennen, den Standort der Quelle lokalisieren, und die Frequenzen/Kanäle automatisch wechseln, um die Drahtloskommunikation wiederherzustellen. Jedoch ist die Verhinderung von bzw. Immunität gegen Interferenzen der Minderung ausnahmslos vorzuziehen und der einzige Weg, ununterbrochene Kommunikation in sicherheitskritischen Anwendungen sicherzustellen. Die simultane Dual-Radio-Technologie eliminiert praktisch die Möglichkeit von Interferenzen. Das Konzept ist einfach; für jedes ausgehende Datenpaket wird ein zweites gleiches Paket simultan über die Zweitfrequenz gesendet um sicherzustellen, dass wenigstens eines der beiden Pakete den Empfänger erreicht. Latenzsensible Anwendung en können in einem drahtlosen simultanen Dual-Radio-Netzwerk installiert werden, da die Chance, dass eine unbeabsichtigte Quelle von Interferenzen gleichzeitig beide Frequenzen (2,4G und 5G) unterbricht, sehr unwahrscheinlich ist.

Sicherheitskritische und EchtzeitDrahtlosanwendungen

Drahtlose Videoüberwachungssysteme für sicherheitskritische Anwendungen können Megabit-Geschwindigkeiten erfordern. Interferenzen können zu Bildsprüngen, eingefrorenen Bildschirmen und Aussetzern führen. In Drahtlosanwendungen mit null Latenztoleranz, wie Steuerungssysteme von Straßenbahnhaltestellen und führerlosen Fahrzeugen (Automated Guided Vehicles) in der Fabrikautomation ist Interferenzimmunität was die Anwender benötigen, um Echtzeitkommunikation mit null Datenverlust sicherzustellen. Simultane Dual-Radio-Übertragung erhöht außerdem den Datendurchsatz durch die Reduzierung der Anzahl von Anfragen zum erneuten Versand. Der Durchsatz ist durchschnittlich, wodurch wirklich nützliche Daten - Daten auf Anwendungsebene, die den Anwender tatsächlich interessieren - über einen Pfad gesendet werden. Es ist möglich eine höhere Datenrate, aber unzureichenden Durchsatz zu haben, wenn ein Großteil der Bandbreite vom Paket-Neuversand beansprucht wird. Moxas proprietäre, simultane duale Funktechnologie 'Concurrent Dual-Radio' sorgt für null Paketverlust in industriellen WLAN-Anwendungen. Moxas Wireless Access Points/Bridges/Clients der Serien AWK-5222 und AWK-6222 verfügen übder die Concurrent Dual-Radio Technologie und ermöglichen die sichere und zuverlässige Übertragung von Daten ohne Paketverluste in latenzsensiblen Anwendungen. Sie verfügen über zwei unabhängige RF-Module, was bedeutet, dass beide Module simultan Daten übermitteln können, wodurch die Datenübertragung dupliziert wird und Paketverluste während Frequenzwechseln entfallen. Die Access Points entsprechen den Konformitätskritierien von Safetynet p und wurden für die zuverlässige redundante Wireless-Link-Technologie für Realtime-Ethernet-Konnektivität zertifiziert. n

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