Drahtlose Verbindungen sind häufig die wirtschaftlichste Möglichkeit, um intelligente Geräte in der Industrieproduktion miteinander zu verbinden. Die Tropos-Maschennetzwerke nach IEEE 802.11 bieten eine dezentrale, flexible und belastbare Infrastruktur. Zudem lässt sich Tropos nahtlos in das Leitsystem 800xA integrieren.
Die Mesh-Technologie von Tropos basiert auf einer robusten Technik und wird bereits im großen Maßstab in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Im Bereich der Kommunikationsnetzwerke bietet ABB damit eine IP-basierte und drahtlose Breitbandlösung für den Außenbereich. Die Tropos-Lösung ist auf eine hohe Breitbandgeschwindigkeit, Stabilität, Sicherheit und Skalierbarkeit ausgelegt. Die implementierte Maschenarchitektur ist dezentral und flexibel. Die Stärke der Tropos-Lösung basiert auf sechs Grundpfeilern: intelligentes Mesh-Routing, Funkfrequenz-(RF-)Ressourcenmanagement, mehrschichtige Sicherheit, für den Einsatz im Freien konzipiert, optimierte Router-Hardware, offene Standards und fortschrittliche Steuer- und Analysesoftware.
Die Architektur verbindet patentierte RF-Ressourcenmanagementalgorithmen mit standardisierten Funktechnologien, die auf lizenzfreien Frequenzbändern arbeiten, um eine zuverlässige, skalierbare und fehlertolerante Netzwerkinfrastruktur bereitzustellen, die in der Lage ist, Netzwerkstörungen und Engpässe schnell und nahtlos zu umgehen. Anders als Netzwerkarchitekturen, die von einer zentralen Steuerung abhängen, ist die Tropos-Architektur aufgrund ihrer dezentralen Vernetzungsfähigkeit in der Lage, den Verlust einer Netzwerkkomponente problemlos zu überbrücken.
Intelligentes Mesh-Routing
Jeder Router überwacht kontinuierlich seine Umgebung im Hinblick auf eine mögliche Optimierung des Netzwerks. Tritt ein Problem an einem Gateway- oder einem Knotenrouter auf, wird die Topologie automatisch angepasst, um den Netzwerkbetrieb aufrechtzuerhalten. Ist der Router wieder online, stellt das Netzwerk erneut eine optimale Konfiguration her. Die Grundlage der Mesh-Architektur bildet das Predictive Wireless Routing Protocol (PWRP). Dieses basiert auf speziellen Routing-Algorithmen zur Maximierung der Leistungsfähigkeit und Stabilität von drahtlosen vermaschten Netzwerken. PWRP ist ein dynamisches Routing-Protokoll, das es Mesh-Routern erlaubt, die durchgängige Qualität von Übertragungspfaden zu messen und darauf basierend Routing-Entscheidungen zu treffen, die einen höchstmöglichen Durchsatz sicherstellen.
Die IEEE-802.11-Normenreihe unterstützt zwei Frequenzbänder, und Tropos bietet die Möglichkeit, beide Frequenzbereiche eines Dual-Radio-Routers für vermaschte Verbindungen oder den Client-Zugang zu nutzen. Dual-Mode-Router steigern die Kapazität des Mesh-Netzwerks, indem sie, wann immer möglich, weniger ausgelastete 4,9-/5,8-GHz-Verbindungen nutzen. In Bereichen, in denen die Nutzung von 4,9-/5,8-GHz-Verbindungen aufgrund fehlender Sichtverbindungen eingeschränkt ist, greifen sie automatisch auf die 2,4-GHz-Frequenz zurück, die eine zuverlässige Verbindung über große Entfernungen gewährleistet.
Nahtlose Mobilität
Die Mesh-Netzwerke mit fester Infrastruktur lassen sich rasch um mobile Router aus derselben Produktreihe erweitern. Jeder mobile Knoten erweitert dabei die Konnektivität zu Client-Geräten in dessen Nähe und ermöglicht so die Herstellung einer temporären/dynamischen Einsatzzone an nahezu jedem Ort. PWRP nutzt z. B. folgende Algorithmen, um die Nutzung des verfügbaren Spektrums kontinuierlich und dynamisch zu optimieren:
- Powercurve: Dieser dezentrale Algorithmus erhöht oder senkt dynamisch die Sendeleistung und passt die Datenübertragungsrate an, um die Zuverlässigkeit der drahtlosen Verbindungen zu gewährleisten und die Anzahl der parallelen Verbindungen zu maximieren. So wird z. B. verhindert, dass laute Router Gespräche in der Nähe übertönen.
- Airtime Congestion Control (ACC): ACC wurde entwickelt, um insbesondere bei starker Netzwerkauslastung eine optimale Kommunikation für eine große Anzahl von Nutzern bereitzustellen und damit ein bekanntes Defizit der 802.11-MAC (Media Access Control) zu beheben.
- Adaptive Noise Immunity (ANI): ANI passt Paketerkennungsparameter auf Chipebene in Echtzeit an, um Falscherkennungen zu minimieren und die Empfindlichkeit der Empfänger zu maximieren.
- Im Hinblick auf die Datensicherheit sind drahtlose Netzwerke wesentlich angreifbarer als drahtgebundene Infrastrukturen. Aus diesem Grund bietet Tropos ein umfassendes Sicherheitskonzept, das auf folgenden Komponenten basiert:
Mehrschichtige Sicherheit
- Sicherheitsmechanismen auf Grundlage offener Standards wie IPSec, IEEE 802.1x, IEEE 802.11i, AES-Verschlüsselung, SSL/TLS, FIPS 140–2 usw.
- robuste Sicherheit auf allen Ebenen, von der physischen Hardware (z. B. manipulationssichere Hardware in besonders robuster Ausführung) bis hin zu Protokollen für den Datenverkehr auf Anwendungsebene (z. B. HTTPS-basierte Sicherheit)
- ein Sicherheitskonzept, das eine granulare, betreiberspezifische logische Trennung der auf der gemeinsamen Infrastruktur laufenden Anwendungen ermöglicht
- Software, die sich neuen Bedrohungen anpasst und aktuellste Sicherheitsstandards und Anforderungen berücksichtigt
- Die Routerhardware verfügt optional über eine Batteriereserve und ist für den Betrieb in besonders anspruchsvollen Umgebungen konzipiert. Die Geräte sind auf eine optimale Leistungsfähigkeit im Freien ausgelegt. Sie können mit der maximal zulässigen Übertragungsleistung senden und bieten branchenweit die höchste Empfängerempfindlichkeit. Ziel der Tropos-Technologie ist die Gewährleistung einer maximalen Interoperabilität und Investitionssicherheit durch Unterstützung aller einschlägigen Standards in den verschiedenen Schichten des OSI-Kommunikationsmodells (7-Schichten-Modell) einschließlich IEEE 802.3 Ethernet, IEEE 802.11 Wi-Fi, IEEE 802.1X Zugangskontrolle, TCP/IP usw. Tropos Control ist eine umfassende Netzwerkmanagement-Software, die eine effiziente Implementierung, Optimierung, Wartung und Steuerung großflächiger Netzwerke ermöglicht.
Für den Außeneinsatz optimiert
Die Lösungen für vermaschte 802.11-Netzwerke eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Ein Beispiel sind Messungs-, Protokollierungs- und Einstellungsaufgaben an entlegenen Bohranlagen und Bohrlochköpfen. Diese werden häufig von Technikern durchgeführt, die große Entfernungen zum jeweiligen Standort zurücklegen müssen. Mit drahtloser Kommunikation hingegen ist eine Überwachung aus der Ferne in Echtzeit möglich. Dies sorgt für einen besseren Einsatz von Fachkräften, beschleunigt die Lösung von Problemen und reduziert die Reisezeit. Außerdem können über ein drahtloses Netzwerk kostengünstig Sprach- und Hochgeschwindigkeitsdatendienste zu Anlagen in Regionen bereitgestellt werden, die außerhalb der Reichweite des Mobilfunknetzes liegen. Das in Nordamerika tätige Öl- und Gasunternehmen EOG Resources besitzt Anlagen an sehr entlegenen Standorten ohne Mobilfunknetzabdeckung. Die implementierten Tropos-Netzwerke liefern dem Personal die notwendige Konnektivität zwischen diesen Standorten und der Betriebszentrale. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der Betriebsleitung und der Sicherheit des Personals.
www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav0516abb
Peter Bill
Head of SG Utility Communications, ABB
Mathias Kranich
Head of Product Management, ABB
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