Mobilhálózat illesztése ipari hálózati protokollokhoz és alkalmazásokhoz
A 3GPP és Ipar4.0 célkitűzései között egyaránt szerepel, hogy az 5. generációs mobilhálózatok kiegészítő vagy akár helyettesítő technológiaként megjelenjenek az ipari alkalmazásokban. A mobilhálózatok előnye, hogy vezetéknélküli technológiaként is képesek dedikált erőforrás, szigorú SLA-k (Service Level Agreement) és jól skálázható megoldások szolgáltatására. Ezáltal potens alternatívát nyújtva az ipari alkalmazásokban elterjedt vezetéknélküli 802.11 szabványcsalád vagy vezetékes ipari technológiákkal (PROFINET, Ethernet/IP, stb.) szemben.
Sok esetben felmerül az igény egy ipari alkalmazás kapcsán, hogy szükség lenne a fenti tulajdonságokkal rendelkező vezetéknélküli technológiára, azonban csak kiegészítő technológiaként. A legtöbb ipari eszköz olyan ipari kommunikációs technológiát használ, amit nem lehet könnyen kiváltani, hiszen ehhez az összes végberendezést is cserélni kellene. Felmerül a kérdés, hogy két ipari technológiát használó eszközcsoport között az átvitelt valamilyen mobilhálózati megoldás képes-e kielégíteni, legyen az publikus vagy privát mobilhálózat. Ehhez a mobilhálózatnak az ipari technológia által kijelölt szigorú adatátviteli igényeket kell teljesíteni, melyek sokszor késleltetésre, késleltetés-ingadozásra vagy csomagvesztésre érzékeny alkalmazásokat szolgálnak ki. Ez a kutatási terület azonban még hiányos, különösen a kiépített architektúrák, mérési eredmények és limitációk meghatározása szempontjából nem teljes.
Dolgozatomban a mobilhálózatok ipari technológiához való illesztésének adatátviteli tulajdonságait, lehetőségeit és korlátait vizsgálom, mely szorosan kapcsolódik a Time Sensitive Networking témakörhöz. Ipari technológiaként a PROFINET adatátviteli tulajdonságait vizsgálom részletesen, valamint az időzítési problémák motivációit mutatom be. Ismertetem a 4G és 5G mobilhálózatok főbb releváns tulajdonságait, kitérve a 3GPP által definiált privát mobilhálózati (5G Non-Public Netwok) megoldások ipari alkalmazására. Esettanulmány jelleggel bemutatok egy PROFINET technológián alapuló ipari alkalmazást, ahol valós igényként lépett fel a mobilhálózat integrálása az alkalmazáshoz. Itt ismertetem az alkalmazás adatátviteli követelményeit és a mobilhálózat illesztése során felmerülő kihívásokat.
A követelmények ismeretében megvizsgálom a meglévő 4G és 5G, publikus és privát mobilhálózatok adatátviteli tulajdonságait (késleltetés, késleltetés-ingadozás, csomagvesztés). Ehhez egy speciális hálózati architektúrát alakítok ki FPGA-alapú mérőrendszerrel, mely képes támogatni a PROFINET jellegű mobilhálózati forgalmat. Ez a hálózati kialakítás egyedülálló megoldásnak számít a mobilhálózatok ipari integrálása terén. A mérési eredményeken normalitás tesztet végzek a mért értékek eloszlását illetően, majd ezen eredmények függvényében fogalmazok meg statisztikai megállapításokat a populáció tulajdonságaira vonatkozóan. Meghatározom a jelenlegi mobilhálózati megoldások, milyen mértékben teljesítik egy PROFINET alapú időzítés kritikus alkalmazás igényeit. Végezetül, javaslatokat teszek milyen architekturális megfontolások elengedhetetlenek az ilyen jellegű ipari technológiák kiszolgálására, valamint milyen elemek kritikusak mobilhálózati szempontból. Eredményeim hasznos alapot szolgáltatnak a mobilhálózati operátorok és ipari partnerek számára az ipari alkalmazás tervezés és mobilhálózati integráció során.
szerző
-
Ficzere Dániel
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Varga Pál
egyetemi docens, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék -
Soós Gábor
hálózatvezérlő senior mérnök, Magyar Telekom Nyrt. (külső) -
Frankó Attila Ernő
egyetemi tanársegéd, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
