Wegbereiter der Wirtschaft 4.0

WLAN als Standard-Infrastruktur

| Autor / Redakteur: Arun Wadhawan / Andreas Donner

Nur über ein funktionierendes WLAN ist der Aufbau einer Industrie 4.0 möglich.
Nur über ein funktionierendes WLAN ist der Aufbau einer Industrie 4.0 möglich. (© Mimi Potter - Fotolia)

Für die Digitalisierung leisten drahtlose Netzwerke einen wertvollen Beitrag. WLAN liefert stabile Datendurchsätze – sofern die Infrastruktur fachgerecht implementiert wird. Der Artikel zeigt die wichtigsten Praxisschritte auf dem Weg zum Firmen-WLAN auf.

Jeder noch so kleine Geschäftsprozess verlangt heute nach einer Internetverbindung. Unternehmen aller Branchen müssen ihre Abläufe weiter digitalisieren und automatisieren. Nur so gelingt es ihnen, sich im digitalen Zeitalter zu behaupten – und in der Wirtschaft 4.0 anzukommen.

Ein Wireless Local Area Network (WLAN) kann sich hierbei zu einer universellen Standard-Infrastruktur entwickeln. Das Funkmedium lässt sich zum Beispiel nutzen, um Werkzeuge und Fahrzeuge zu orten oder Daten mobiler Werkzeuge zu übertragen. Telefonie, Video-Überwachung, das Betreiben von Gästenetzen oder Schwarzen Brettern komplettieren die Bandbreite an Funktionen, die über WLAN laufen können.

Jedoch existieren Vorurteile gegenüber der drahtlosen Netzwerktechnik. WLAN sei zu instabil, zu unsicher und böte nur einen geringen Datendurchsatz, lauten die üblichen Vorbehalte. Das Funksignal wird tatsächlich schwächer, je weiter man ein Endgerät vom Access Points entfernt. Mit Quality of Service (QoS) lassen sich jedoch verzögerungsanfällige Anwendungen wie Voice-over-WLAN (VoWLAN) priorisieren. Das führt zu einem optimal gesteuerten Datenverkehr im Netzwerk. Dienstleister, wie Axians Networks & Solutions, können Access Points, WLAN-Controller und -Switches heute so installieren, dass die WLAN-Infrastruktur den Anwendungen die benötigte Bandbreite bereitstellt.

„WLAN sei unsicher“, lässt sich erst recht nicht halten: Die Datenübertragung durch die Luft setzt auf den momentan höchstmöglichen Verschlüsselungsstandard. Die Authentifizierung basiert auf Mechanismen, die den Standard innerhalb eines Local Area Networks (LAN) bei weitem übertreffen. So wandelt sich der vermeintliche Nachteil zu einem Vorteil. Das höhere Sicherheitsniveau im WLAN dürfte das Potenzial von drahtlosen Netzwerken in Unternehmen deutlich vergrößern.

Bandbreite besser ausnutzen

Aber mit der Anwenderzahl steigen die Anforderungen an das WLAN. Der weiterentwickelte Standard IEEE 802.11ac (5 GHz) ist ein Instrument, um bestehende Ressourcen in den beiden Frequenzbändern von 2,4 (802.11n) und 5 GHz besser zu nutzen. Die Aktualisierung des WLAN-ac-Standards auf „Wave 2“ steigert das Übertragungspotenzial noch, weil es für extrabreite Übertragungskanäle, vier Streams und Multi-User MIMO (Multiple Input, Multiple Output) sorgt. Durch die vier Streams erhöht sich der theoretisch maximale Durchsatz von 1,3 auf 3,4 GBit/s. Die Übertragungskanäle lassen sich damit im 5-GHz-Band von 80 auf 160 MHz verbreitern, was die Übertragungskapazität der Funkzelle verdoppelt. Das bleibt im Moment allerdings noch Theorie, da „Wave 2“-fähige Endgeräte noch nicht auf dem Markt sind. Solange die verfügbaren Kanäle im 5-GHz-Band nicht angepasst sind, lässt sich in dem Frequenzband nur ein 160 MHz breiter Kanal nutzen.

Brutto überträgt die Technik bis zu 3,4 GBit/s, wobei beim Anwender netto rund 800 MBit/s ankommen. Der Datendurchsatz sinkt, wenn sich der Nutzer vom Access Point wegbewegt oder mehr Clients hinzukommen. Es empfiehlt sich, die neue 4x4-Access-Point-Generation einzusetzen. Sie schafft es, vier Streams zu empfangen und zu senden. Fakt ist: Eine leistungsstarke Infrastruktur funktioniert nur mit Access Points, die das 2,4- und 5-GHz-Band gleichzeitig bedienen können. Access Points mit zwei Radiomodulen sind auf jeden Fall eine bessere Wahl als Einsteigermodelle, die nur über ein Radiomodul für 2,4 GHz verfügen.

Drahtlose Netzwerke für Industrie 4.0 stoßen derzeit an ihre Grenzen, den stetig wachsenden Datenstrom zu beherrschen. Würden in einer Fabrik alle relevanten Roboter, Maschinen und Werkstücke miteinander kommunizieren, wäre die Interferenz und Latenz unerträglich hoch. Der neue WLAN-Standard 802.11ah könnte hier weiterhelfen.

Der sogenannte HaLow-Standard nutzt das 900-MHz-Frequenzband und bietet so eine größere Reichweite als die 2,4- und 5-GHz-Bänder. Der erhoffte Effekt: HaLow überwindet Hindernisse wie Gebäudewände besser als andere WLAN-Standards. So lassen sich Haushaltsgeräte, Maschinen und Autos über den stromsparenden Funkstandard vernetzen. Mit ersten HaLow-fähigen Access Points, die kleine Datenmengen in großem Stil übertragen, rechnet man noch im laufenden Jahr.

An die Fläche oder um die Ecke denken

Will eine Firma eine funktionierende WLAN-Infrastruktur aufbauen lassen, stellt sich für IT-Integratoren schon in der ersten Beratung die entscheidende Frage: Welche Anwendungen sollen über das Netzwerk laufen? So setzt VoWLAN eine lückenlose WLAN-Abdeckung im Gebäude voraus. Gleiches gilt, wenn eine Logistikfirma auf ihrem Gelände Barcode-Scanner einsetzen möchte. Anders verhält es sich jedoch bei einem Mitarbeiter- plus Gästenetz auf einer Büroetage. Ein bequemer drahtloser Internetzugang benötigt nicht zwingend in jeder Gebäudeecke eine optimale WLAN-Versorgung.

Zuvor begehen die Experten das Gelände oder Gebäude und studieren Baupläne. Nur durch detaillierte Analyse inklusive Gelände- oder Gebäudebegehung lässt sich erkennen, welches Hochfrequenzverhalten die vorhandene Bausubstanz zeigt. Massivmauern, Metallstrukturen oder metallbedampfte Fensterfronten dämpfen die Funksignale ab. In die konkrete Planung, die „WLAN-Site-Survey“, fließen insbesondere die Messungen vor Ort ein. Die so genannte WLAN-Ausleuchtung liefert die wichtigsten Daten dafür, wie viele Access Points sich wo am besten positionieren lassen.

Mittels einer Simulations-Software werden in einer Heatmap die Areale mit der stärksten Sendeleistung visualisiert. Die Karte zeigt auch mögliche Störfelder, die sich durch präzis platzierte Access Points kompensieren lassen. Die nun auszuwählende Hardware geht mit ihren Kenndaten wie Frequenzbänder, Sendeleistung, externe und interne Antenne sowie Datenübertragungsrate in die Simulation ein. Die Planer müssen zusätzlich die Kabelinfrastruktur berücksichtigen, denn Access Points bekommen ihren Strom entweder über ein externes Netzteil oder über die Datenleitung.

WLAN-Controller für das zentrale Steuern

Senden und empfangen nach der Installation mehr als fünf Access Points oder existiert jetzt WLAN an mehreren Standorten, empfehlt es sich, WLAN-Controller einzusetzen. Die auch WLAN-Switch genannten Geräte dienen dazu, die Infrastruktur einfach zu administrieren.

Im WLAN-Controller authentifiziert und konfiguriert der Administrator alle Access Points. Er ordnet die WLAN-Clients zu und kann bestimmte Sicherheitszonen über die Access Points festzulegen. Zudem lässt sich regeln, wo das Auskoppeln der Daten erfolgt. In dezentralen Infrastrukturen ist es sinnvoll, die Daten am Access Point auszukoppeln. Bewährt hat sich eine Einstellung, in der das System die Daten über den WLAN-Controller an VoWLAN oder Gästezugänge leitet. Außerdem ermöglicht ein WLAN-Controller, Fallback- und Redundanz-Konzepte zu definieren.

Selbst Handelsunternehmen mit Hunderten von Filialen können WLAN-Infrastrukturen intelligent nutzen. Dafür müssen Access Points flächendeckend über die einzelnen Standorte verteilt sein. Die Unternehmenszentrale schließt über eine Cloud-basierte Lösung die Komponenten zu einem einheitlichen Netz zusammen. Mitarbeiter können in allen Filialen über Tablets auf die unternehmenseigene Applikation zugreifen, um beispielsweise Daten zu erfassen. Das beschleunigt zentrale Prozesse wie Bestellvorgänge oder die Rechnungsstellung ohne aufwändige Datenübertragung.

Arun Wadhawan.
Arun Wadhawan. (Bild: Axians Networks & Solutions)

WLAN eignet sich für viele weitere Einsatzszenarien. Doch es gilt jede potenzielle Anwendung individuell zu bewerten. Natürlich spielt hierbei auch das Budget eine Rolle. Haben IT-Experten drahtlose Netzwerke in die bestehende IT-Landschaft integriert, kann die Anwenderfirma mobile Geräte einfacher verwalten. Außerdem lassen sich Ressourcen schneller skalieren.

Über den Autor

Arun Wadhawan ist Teamleiter Professional Service bei Axians Networks & Solutions.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44262367 / Implementierung)