»Awair« zeigt an, wann Signale auf welcher Frequenz gesendet werden.
Fraunhofer ESK
Funkverbindungen wie WLAN und Bluetooth haben sich mittlerweile auch in der Industrie etabliert. Doch oft stören sich die Systeme gegenseitig bei der Übertragung. Neue intelligente Koexistenzplaner spüren freie Frequenzen jetzt nicht nur auf, sondern prognostizieren diese auch.
Drahtlose Kommunikationstechniken sind in der Industrie nicht mehr wegzudenken. Die Logistikbranche beispielsweise nutzt WLAN und Bluetooth nicht nur, um Waren zu identifizieren und zu lokalisieren, sondern auch, um Gabelstapler oder Hochregale zu steuern. Dabei müssen sich die Funksysteme ein Frequenzband teilen. Damit dies reibungslos funktioniert, überwachen Koexistenzplaner die Funksysteme und potenzielle Störer, da ein Ausfall der Funkübertragung die Produktion lahmlegen könnte.
Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Systeme der Kommunikationstechnik ESK in München haben mit „Awair“ eine Software entwickelt, mit der Koexistenzplaner freie Funkfrequenzen nicht nur aufspüren, sondern auch vorhersagen können. Das Programm zeichnet die verfügbaren Funkkanäle digital auf und zeigt deren Belegung in einer 3D-Grafik an. Wie auf einer Landkarte formen Graphen Berge und Täler. Schlägt die Graphik aus, ist die Frequenz besetzt, bleibt sie unverändert, ist sie frei. Mit Hilfe von Zeitreihen der gewonnen Daten lässt sich zusätzlich vorhersagen, welche Kanäle wann und wie lange genutzt werden.
Der Blick in die Zukunft funktioniert dabei mit sogenannten Neuronalen Netzen. Das sind technologische Verfahren, die Informationen ähnlich wie das menschliche Nervensystem verarbeiten. Diese analysieren die Zeitreihendaten und können so treffsicher sekundengenau voraussagen, welche Frequenzen frei sind.
ETSI verschärft Regeln für das Koexistenzmanagement
Das ist eine wichtige Grundlage: Denn Unternehmen benötigen ein sicheres Verfahren, um immer strengere Industrienormen einzuhalten. Erst kürzlich hat das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen ETSI eine Normänderung zur fairen Belegung von Funkkanälen veröffentlicht. Diese verschärft die Anforderungen an das Koexistenzmanagement. Vor allem die Systeme der Automatisierungsbranche sind beeinträchtigt, in Echtzeit miteinander zu kommunizieren.
Damit alle lizenzfreien Funkbänder überwacht werden können, haben sich die ESK-Forscher für flexible Software-basierte Technologien wie Software Defined Radio (SDR) und Neuronale Netze entschieden und diese an die Anforderungen der Industrie angepasst. Im Gegensatz zu einfachen Funkchips, bei denen die Funksignale durch die Hardware interpretiert werden, nutzen SDR-Systeme dazu Software. Dadurch ist SDR flexibler. Durch eine einfache Anpassung der Software kann dasselbe Funkgerät andere Frequenzbänder nutzen.
Funkfrequenzen sind weltweit aufgeteilt in lizensierte und nicht-lizensierte Bänder. In Deutschland ist dafür die Bundesnetzagentur, länderübergreifend die International Telecommunication Union (ITU) verantwortlich. Industrieunternehmen in Europa nutzen aus Kostengründen vor allem die weit verbreiteten nicht-lizensierten ISM-Bänder 868 MHz, 2,4 und 5 GHz. Um diese konkurrieren jedoch nicht nur die Industrie, sondern auch Privathaushalte. Engpässe und Überbelegungen der Funkbänder sind daher an der Tagesordnung.