Tecnologia wifi de rendiment similar a la fibra òptica per a la indústria 4.0

Tot i l'important desenvolupament de la tecnologia sense fils, la indústria manufacturera continua confiant les comunicacions de les tasques més crítiques a sistemes cablejats com Ethernet o la fibra òptica. Un nou treball de la professora associada Cristina Cano i del catedràtic Xavier Vilajosana, investigadors del grup Wireless Networks (WiNe) de l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i dels Estudis d'Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació de la UOC, obre la porta a l'ús de tecnologies sense fils amb una potència i fiabilitat comparable a la fibra òptica i que podrien substituir els enllaços per cables. La recerca, publicada a la revista IEEE Transactions on Wireless Communications, ha fet la primera parametrització d'un model de propagació del senyal en les bandes mil·limètriques, una tecnologia sense fils capaç de transmetre moltes dades per segon en un entorn industrial. Segons els investigadors, aquest nou model és el primer pas per saber com es comporta aquest tipus de senyal en una planta industrial i podria tenir un impacte important en el desenvolupament de la indústria 4.0.

«Aquest treball va en la línia de fer la comunicació menys costosa i més flexible, en dotar el procés de manufactura d'elements mòbils, cosa que pot ser molt útil en el desenvolupament de la indústria 4.0, ja que permet connectar, per exemple, braços robòtics amb total llibertat de moviment amb el procés de producció, establint comunicacions per transmetre dades, controlar o aturar, en cas d'emergència, els diferents components del procés. Però també podria permetre incorporar el treballador en aquest procés», destaca Cristina Cano.

Un estudi únic al sincrotró ALBA

Abans d'implementar les bandes mil·limètriques en escenaris industrials, cal comprendre com es propaguen en un entorn tan peculiar. En l'actualitat, hi ha diversos models de propagació d'aquest tipus de senyal caracteritzat per una alta freqüència, però cap en infraestructures industrials. «Un model és una representació de la realitat que, mitjançant equacions, ens permet predir què passarà amb el senyal en cada entorn. Hi ha molts models per a bandes mil·limètriques en oficines i entorns urbans, però n'hi ha ben pocs en entorns industrials. Aquests llocs difereixen en molts aspectes que poden interferir en el comportament del senyal sense fils, com, per exemple, l'altura del sostre, el material de les parets i el terra o el tipus de maquinària que contenen. Amb aquesta recerca hem aconseguit, per primera vegada, aquests paràmetres per a un entorn industrial», explica Cristina Cano. 

Els investigadors van tenir l'oportunitat de mesurar el comportament d'aquest tipus de senyals al sincrotró ALBA, un accelerador d'electrons situat a Barcelona que permet als investigadors d'arreu del món fer experiments amb llum de sincrotró, seleccionat perquè les seves instal·lacions reuneixen característiques que s'assemblen a diferents entorns industrials, com ara les instal·lacions de refrigeració, les sales de servidors o la nau experimental, similar a les grans plantes de producció. «A la comunitat científica li és molt difícil accedir a una indústria de la manufactura per fer proves, per això pensem que aquest tipus de model ha trigat tant a poder-se parametritzar. Nosaltres hem pogut avançar en aquesta recerca gràcies al sincrotró ALBA, que ens va permetre accedir a les seves instal·lacions. Aquestes instal·lacions són molt similars a les que podem trobar en una indústria i, a més, en fer les proves quan l'anell de l'accelerador estava aturat, vam poder accedir a l'interior i fer experiments amb el senyal en aquestes bandes en aquest entorn tan peculiar. Pensem que ha estat una oportunitat única», explica la investigadora.

Els mesuraments en aquest entorn han permès comprovar que superfícies típiques en la indústria, com les canonades reflectants, són molt beneficioses per a aquest tipus de comunicació, ja que permeten que el senyal viatgi per diversos camins i es reforci a la recepció, cosa que permet una cobertura més gran. «En concret, vam aconseguir establir un enllaç de 110 metres, l'enllaç de comunicació més gran aconseguit fins ara, amb l'estàndard 802.11ad de l’Institute of Electrical and Electronics Engineers –IEEE–», ressalta la investigadora.

Model accessible a la comunitat investigadora

Aquest model és el primer pas per saber com es comporta el senyal en aquest entorn, però cal desenvolupar protocols que garanteixin la fiabilitat de la comunicació requerida per la indústria de la manufactura en processos crítics. «Les aplicacions que pot permetre la recerca en aquest àmbit van relacionades amb la substitució del cablejat en processos de monitoratge de línies de producció i on s'han de prendre decisions en temps molt ajustats i amb molta fiabilitat.»

«Per aquest motiu —continua la investigadora— cal garantir que quan s'envia un missatge d'emergència per aturar el procés productiu, per exemple, aquest missatge arribi en el temps requerit i amb una fiabilitat elevada a recepció. La pèrdua d'aquest missatge o l'arribada tardana poden ser fatals.»

Amb l'objectiu d'accelerar el desenvolupament d'aquests protocols, el nou model és accessible a tota la comunitat investigadora. «Els paràmetres que proporcionem a l'article són útils per preveure com es comportarà el senyal en un entorn industrial. Es poden, per exemple, configurar en un simulador per simular diferents configuracions i determinar quin resultat s'obtindria en una situació real. D'aquesta manera, pot ajudar altres investigadors a dissenyar protocols que garanteixin el funcionament correcte de la xarxa», conclou Cristina Cano.

Aquesta recerca de la UOC afavoreix l'objectiu de desenvolupament sostenible (ODS) 9 («indústria, innovació i infraestructures»).

Aquesta recerca ha estat finançada pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats (cofinançada per la Unió Europea mitjançant el FEDER, dins el Programa operatiu pluriregional d'Espanya 2014-2020), per mitjà del projecte SPOTS (RTI2018-095438-A-I00).

Article relacionat:

Cano, C.; Sim, G. H.; Asadi, A.; Vilajosana, X. «A Channel Measurement Campaign for mmWave Communication in Industrial Settings». A: IEEE Transactions on Wireless Communications. https://doi.org/10.1109/TWC.2020.3024709

UOC R&I

La recerca i innovació (R+I) de la UOC contribueix a solucionar els reptes a què s'enfronten les societats globals del segle xxi mitjançant l'estudi de la interacció de les TIC amb l'activitat humana, amb un focus específic en l'aprenentatge en línia i la salut digital. Els més de 400 investigadors i 50 grups de recerca s'articulen entorn dels set estudis de la UOC i dos centres de recerca: l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i l'eHealth Center (EHC).

Els objectius de l'Agenda 2030 de desenvolupament sostenible de les Nacions Unides i el coneixement obert són eixos estratègics de la docència, la recerca i la innovació de la UOC. Més informació: research.uoc.edu. #25anysUOC