Fachartikel von Nadir Yilmaz, Geschäftsführer der Vitel GmbH, in Ausgabe 06/24 des Digital Manufacturing Magazine
Im Zuge der Automatisierung kommen immer mehr selbstfahrende Gabelstapler, Bagger und Roboter zum Einsatz. Um diese kontinuierlich überwachen und steuern zu können, benötigt man eine ausfallsichere Internetverbindung mit niedrigen Latenzzeiten. Eine Kombination aus 5G und Satellitenverbindungen kann gerade an abgelegenen Standorten eine Lösung sein.
Autonomes Fahren stellt spezifische Anforderungen an die Netzwerkinfrastruktur, die zwingend zu erfüllen sind. Besonders wichtig sind die kontinuierliche Überwachung des Fahrzeugs und die Erfassung von Telemetriedaten. Diese Daten sind für die Überwachung des Fahrzeugzustands und die Compliance mit gesetzlichen Vorgaben
unerlässlich und werden in Echtzeit an ein Kontrollzentrum übermittelt. Ist zum Beispiel eine Videoüberwachung für
die Fahrzeuge erforderlich, wird ebenfalls eine zuverlässige Netzwerkinfrastruktur benötigt. Die Live-Videodaten werden übertragen, um sowohl die Sicherheit in der Umgebung zu überwachen als auch den ordnungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs zu überprüfen.
Herausforderung Remotesteuerung
Eine besondere Herausforderung ist die Remotesteuerung, die in komplexen oder unklaren Situationen notwendig werden kann. Sollte ein autonomes Fahrzeug in eine nicht eigenständig zu bewältigende
Situation geraten, muss ein Operator sofort remote eingreifen können. Hier sind niedrige Latenzzeiten und gleichzeitig eine ausreichende Bandbreite von entscheidender Bedeutung, da jede Verzögerung bei der Datenübertragung schwerwiegende Konsequenzen haben kann. Der Operator kann dann beispielsweise in unklaren Situationen nicht mehr rechtzeitig eingreifen, also bremsen oder entsprechend ausweichen. Hier können bereits wenige Millisekunden darüber entscheiden, ob eine Situation unbeschadet überstanden wird oder es zu schwerwiegenden Folgen kommt.
Herausforderungen für die Netzwerkverbindung
All diese sicherheitsrelevanten Anwendungen benötigen zwingend eine verlässliche und jederzeit stabile Internetverbindung. Für die Netzwerkverbindung bei selbstfahrenden Fahrzeugen bestehen dabei einige Herausforderungen, die es zu lösen gilt. Zu den wichtigsten Hindernissen für die Netzwerkinfrastruktur für autonomes Fahren zählen etwa instabile und langsame Internetverbindungen oder fehlende Mobilfunknetzabdeckung.
So kann es bei mobilen Einsatzszenarien zu instabilen Internetverbindungen und Verbindungsabbrüchen kommen. Diese entstehen beispielsweise durch wechselnde Netzabdeckungen, etwa beim Übergang zwischen verschiedenen Mobilfunkzellen, oder durch physische Hindernisse wie Regale, Maschinen oder Gebäude. Außerdem kann es vor allem in ländlichen oder abgelegenen Gebieten zu Lücken in der Netzabdeckung kommen, was eine kontinuierliche Datenübertragung erschwert oder sogar unmöglich macht. Selbst wenn eine Verbindung besteht, kann die Übertragungsgeschwindigkeit durch eine Überlastung des Netzes beeinträchtigt werden. Dies alles führt zu Verzögerungen bei der Datenübermittlung und stellt ein potentielles Sicherheitsrisiko beim autonomen Fahren dar.
Kombination aus 5G und Satellitenverbindungen
Um diese Herausforderungen zu lösen, müssen Netzwerklösungen für autonomes Fahren Anforderungen wie Ausfall- und Störungssicherheit, niedrige Latenz oder Datensicherheit erfüllen. Das Netzwerk muss in der Lage sein, Verbindungsabbrüche sofort zu kompensieren. Nur so lässt sich eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung des Fahrzeugs sicherstellen. Ebenfalls bedeutsam ist eine niedrige Latenz, insbesondere für die Remotesteuerung in kritischen Situationen. Hier spielt das Bandwidth Bonding eine zentrale Rolle, das mehrere Internetverbindungen
bündelt, um die verfügbare Bandbreite zu maximieren und die Latenz zu minimieren. Zudem muss das Netzwerk
durch sichere VPN-Tunnel geschützt sein, um die Übertragung sensibler Daten wie Fahrzeugtelemetrie und Videoüberwachungsaufnahmen vor unbefugtem Zugriff zu sichern.
Ein Lösungsansatz für eine optimale Netzwerkinfrastruktur für autonomes Fahren ist die Kombination aus 5G-Mobilfunk und einer Satellitenlösung. Stehen mit 5G und Satellitenverbindungen zwei Arten von Internetanbindungen zur Verfügung, können selbstfahrende Fahrzeuge auch dann überwacht werden, wenn eine dieser Verbindungen
ausfällt. Die Kombination aus beiden Verbindungstypen ermöglicht zuverlässiges und schnelles Internet mit niedriger Latenz. Bandbreitenbündelung stellt auch sicher, dass bei einem Ausfall einer Internetverbindung die andere als Backup genutzt werden kann, ohne dass es der Nutzer merkt. Router, die für die Anwendung im autonomen Fahren geeignet sind, sollten mindestens zwei 5G- und Satellitenverbindungen herstellen können. Das sorgt für maximale Ausfallsicherheit und Redundanz. Selbst wenn eine der Verbindungen ausfällt, bleibt das Fahrzeug durch die anderen Verbindungen weiterhin steuerbar und überwacht.
Praxisbeispiele für Wireless-Netzwerke
Gerade in der Industrie ist diese Lösung bereits erfolgreich im Einsatz. So kommt zum Beispiel an einem abgelegenen Industriestandort mit unzureichender Mobilfunkabdeckung ein Router zum Einsatz, um autonome Baumaschinen wie Bulldozer und Radlader über stabile, redundante Netzwerke aus der Ferne zu überwachen
und zu steuern.
Bei einem anderen Einsatzszenario bestand die Herausforderung darin, dass eine nahtlose und ausfallsichere Kommunikation durch Interferenzen aufgrund von metallischen Strukturen und weitere Störungen beeinträchtigt wird. Hier wurden mehrere drahtlose Netzwerke miteinander verbunden, um Roboter über eine stabile und redundante Verbindung zu steuern.
Alles in allem betrachtet sind die Anforderungen an Netzwerklösungen für autonomes Fahren hoch. Sie müssen nicht nur ausfallsicher sein, sondern auch eine sehr niedrige Latenz und ausreichend Bandbreite bieten. Die Kombination aus 5G-Mobilfunk und Satellitenlösung bietet eine geeignete Infrastruktur, um die Herausforderungen des autonomen Fahrens in der Industrie zu meistern.
Artikel von Nadir Yilmaz aus Ausgabe 06/24 des Digital Manufacturing Magazine
