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Comunicaciones inalámbricas para el internet industrial de las cosas: cómo el Wi-Fi 6/6E hace realidad la industria 4.0

La Wireless Broadband Alliance (WBA) ha publicado recientemente un informe que explora cómo las últimas características de Wi-Fi son ideales para satisfacer los requisitos únicos y exigentes para una amplia variedad de aplicaciones IIoT existentes y emergentes.

Con el título «Wi-Fi 6/6E for Industrial IoT: Enabling Wi-Fi Determinism in an IoT World«, el libro blanco profundiza en la eficacia del uso del último estándar Wi-Fi para las nuevas aplicaciones IIoT desplegadas en la fabricación/Industria 4.0 y la logística, que incluyen robots móviles autónomos (AMR), vehículos terrestres automatizados (AGV), mantenimiento predictivo y realidad aumentada/virtual/mixta (AR/VR/MR).

«Wi-Fi ha sido un habilitador clave del mercado global de IIoT, que está en camino de tener una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 23% entre 2017 y 2023. Wi-Fi 6 y 6E están ampliando las capacidades al proporcionar las velocidades de datos de varios Gb/s, el espectro adicional, el rendimiento determinista y otras capacidades avanzadas necesarias para apoyar aplicaciones exigentes como la Industria 4.0«, explica Tiago Rodrigues, director general de la Wireless Broadband Alliance.

«A medida que se supervisan más equipos, el cableado se vuelve prohibitivo«, dice el documento. «La industria está avanzando hacia la inclusión de tecnologías inalámbricas para disminuir el coste de obtener más información sobre sus procesos. En un caso reciente de la industria del petróleo y el gas, el paso a una instalación inalámbrica supuso una reducción de costes del 75% en la instalación

Y es que el uso del IIoT está en claro crecimiento. Por ejemplo, muchos fabricantes están utilizando cada vez más sensores IIoT para medir la vibración, la temperatura y la viscosidad de lubricantes con el fin de detectar problemas en los equipos antes de que den lugar a un extenso y costoso tiempo de inactividad. Otros sensores IIoT proporcionan información en tiempo real sobre la producción, los niveles de inventario y la ubicación de los activos. La tecnología inalámbrica se ha convertido en la forma preferida de conectar en red estos sensores porque es más rápida y barata de desplegar que el cobre o la fibra.

Iniciativa de toda la industria hacia la próxima generación de Wi-FI

Según Eric McLaughlin, vicepresidente del Grupo de Computación de Clientes y director general del Grupo de Soluciones Inalámbricas de Intel Corporation, la tecnología Wi-Fi es un ingrediente esencial para permitir la gran transformación que se está produciendo en el mercado del IoT industrial.

«Aplicaciones como robots móviles autónomos (AMR) y dispositivos industriales de interfaz de gestión humana remota (HMI) requieren la movilidad, la seguridad funcional, la alta fiabilidad, la baja latencia, la seguridad robusta y el determinismo que Wi-Fi 6/6E puede ofrecer, especialmente cuando se combina con soluciones TSN (redes sensibles al tiempo). Nos complace liderar esta evolución de la tecnología Wi-Fi y aplaudimos el trabajo que la WBA está realizando en este espacio».

Elaborado por el grupo de trabajo Wi-Fi 6/6E para IIOT de la WBA, liderado por Intel, Cisco y Deutsche Telekom, el informe ofrece una visión general de las capacidades de Wi-Fi 6 y 6E que son ideales para los sensores y otras aplicaciones IIoT, tales como:

  • El acceso programado habilitado por el acceso múltiple ortogonal en el dominio de la frecuencia (OFDMA) basado en el disparo (TB) en Wi-Fi 6, proporciona la capacidad de reducir o eliminar la contención y la latencia límite del sistema. Esto conduce a mayores niveles de determinismo aplicables a todas las aplicaciones en tiempo real y IIOT.
  • Wi-Fi 6 proporciona muchas capacidades deterministas de QoS, como la priorización del tráfico, que es un componente clave de las redes sensibles al tiempo (TSN) para las aplicaciones de la Industria 4.0. Otro ejemplo es la operación multienlace (MLO), una capacidad que ayuda a proporcionar alta fiabilidad a las aplicaciones que no pueden tolerar ninguna pérdida de paquetes.
  • El protocolo Fine Timing Measurement (FTM), especificado en la norma IEEE 802.11-2016, permite tanto la sincronización temporal como la determinación precisa del alcance y de la posición/ubicación de un elemento. Esto puede utilizarse tanto para aplicaciones de Robots Móviles Autónomos (AMR) como para Vehículos Guiados Automáticamente (AGV), en la planificación de rutas, la gestión de excepciones y aspectos relacionados con la seguridad, incluida la evitación de colisiones basada en la proximidad. Esta capacidad no requiere una infraestructura Wi-Fi adicional, por lo que los fabricantes pueden implementarla inmediatamente, por ejemplo, como parte de su migración a la Industria 4.0.
  • La función «target-wake-time» (TWT) añadida a Wi-Fi 6 proporciona un ahorro de energía más eficiente y una mejora de la programación. Esta capacidad es una buena opción para los nodos IIoT alimentados por batería que necesitan transmitir con poca frecuencia, como un sensor que carga datos solo cuando la temperatura de un motor supera un determinado umbral.
  • Wi-Fi 6E admite hasta 1,2 GHz de espectro, lo que lo hace ideal para casos de uso que requieren tanto un rendimiento de varios Gb/s como determinismo, como la AR/VR/MR industrial y la fusión de sensores.

Más aun, el informe también incluye directrices de despliegue de radiofrecuencia/red para fábricas, almacenes, logística y otros casos de uso. Por ejemplo, ofrece recomendaciones para aprovechar las capacidades de programación de 802.11ax/Wi-Fi 6 para optimizar los patrones de tráfico y gestionar los requisitos críticos de calidad de servicio. Otro ejemplo es el uso de antenas direccionales de alta ganancia para aumentar las tasas de reutilización de canales y evitar los bastidores metálicos y otros elementos de atenuación de la señal que suelen encontrarse en los almacenes.

Proyectos en curso en torno al Wi-Fi de nueva generación

La WBA afirma que hay más de tres docenas de vendedores, proveedores de servicios y otras organizaciones que han participado en la elaboración del libro blanco y algunos de los proyectos en curso en torno a los nuevos estándares Wi-Fi que se mencionan en el documento gracias a todos ellos son:

  • Cisco, Intel y sus socios están trabajando en casos de uso relacionados con AMR y AGV, donde los requisitos clave incluyen una latencia de <10-20ms, una velocidad de <50km/h y una fiabilidad del 99,9999%.
  • Cisco y Mettis Aerospace están trabajando en aplicaciones de sensores, cuyos requisitos incluyen una fiabilidad muy alta, un bajo consumo de energía y una alta densidad de dispositivos.
  • También se está trabajando en casos de uso de la fusión de vídeo y AMR, como la evitación de colisiones, cuyos requisitos técnicos incluyen una latencia de <20 ms y una fluctuación de fase de <1 ms.
  • Cisco está trabajando en aplicaciones de control de seguridad, que requieren una latencia de <1 ms para aplicaciones como la detención automática de una máquina después de que un sensor detecte que la persona ha abandonado el puesto de trabajo.
  • Cisco, Mettis Aerospace e Intel están trabajando en aplicaciones de RA/VR con resoluciones de hasta 80K y 90fps, en las que los requisitos de rendimiento pueden ser de hasta 100 Mb/s.
  • Cisco está trabajando en casos de uso en la automoción, como la logística en lotes de almacenamiento de alta densidad, donde la interferencia de <60dBm es clave para un funcionamiento fiable.

A este respecto, Matt MacPherson, CTO de Cisco Wireless, dijo: «La próxima evolución industrial no solo dependerá de la capacidad de conectar más cosas, sino también de añadir mayor fiabilidad, inteligencia y seguridad. Esto sólo puede hacerse cuando las empresas líderes del mundo trabajan junto con los clientes progresistas de la Industria 4.0 para explorar e implementar nuevas tecnologías que cambian el juego.»

Y añadió: «Estamos orgullosos del trabajo que hemos realizado con la WBA para garantizar que los clientes comprendan cómo, cuándo y dónde aplicar las últimas innovaciones. Gracias a los avances de la tecnología inalámbrica, el IoT industrial se sitúa en el centro de la próxima revolución industrial.»

Ahmed Hafez, vicepresidente de convergencia de redes de Deutsche Telekom, indica también: «Los socios industriales de Deutsche Telekom demandan una conectividad inalámbrica ubicua de alto rendimiento para llevar sus procesos de producción al siguiente nivel. El acceso convergente que combina las redes celulares 5G y Wi-Fi6/6E desempeñará un papel fundamental para satisfacer de forma integral sus demandas de aplicaciones y procesos en un futuro próximo«.

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