Tecnología wifi de rendimiento similar a la fibra óptica para la industria 4.0

A pesar del importante desarrollo de la tecnología inalámbrica, la industria manufacturera continúa confiando las comunicaciones de las tareas más críticas a sistemas cableados como Ethernet o la fibra óptica. Un nuevo trabajo de la profesora asociada Cristina Cano y del catedrático Xavier Vilajosana, investigadores del grupo Wireless Networks (WiNe) del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) y de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la UOC, abre la puerta al uso de tecnologías inalámbricas con una potencia y fiabilidad comparable a la fibra óptica y que podrían sustituir los enlaces por cables. La investigación, publicada en la revista IEEE Transactions on Wireless Communications, ha realizado la primera parametrización de un modelo de propagación de la señal en las bandas milimétricas, una tecnología sin hilos capaz de transmitir muchos datos por segundo en un entorno industrial. Según los investigadores, este nuevo modelo es el primer paso para saber cómo se comporta este tipo de señal en una planta industrial y podría tener un impacto importante en el desarrollo de la industria 4.0.

«Este trabajo va en la línea de hacer la comunicación menos costosa y más flexible, al dotar al proceso de manufactura de elementos móviles, algo que puede ser muy útil en el desarrollo de la industria 4.0, ya que permite conectar, por ejemplo, brazos robóticos con total libertad de movimiento con el proceso de producción, estableciendo comunicaciones para reportar datos, controlar o parar, en caso de emergencia, los diferentes componentes del proceso. Pero también podría permitir incorporar al trabajador en este proceso», destaca Cristina Cano.

Un estudio único en el sincrotrón ALBA

Antes de implementar las bandas milimétricas en escenarios industriales, es necesario comprender cómo se propagan en un entorno tan peculiar. En la actualidad, existen varios modelos de propagación de este tipo de señal caracterizada por una alta frecuencia, pero ninguno en infraestructuras industriales. «Un modelo es una representación de la realidad que, mediante ecuaciones, nos permite predecir qué pasará con la señal en cada entorno. Hay muchos modelos para bandas milimétricas en oficinas y entornos urbanos, pero apenas existen en entornos industriales. Estos lugares difieren en muchos aspectos que pueden interferir en el comportamiento de la señal inalámbrica, como, por ejemplo, la altura del techo, el material de las paredes y suelos o el tipo de maquinaria que contienen. Con esta investigación hemos conseguido, por primera vez, estos parámetros para un entorno industrial», explica Cristina Cano. 

Los investigadores tuvieron la oportunidad de medir el comportamiento de este tipo de señales en el sincrotrón ALBA, un acelerador de electrones situado en Barcelona que permite a investigadores de todo el mundo realizar experimentos con luz de sincrotrón, seleccionado porque sus instalaciones reúnen características que se asemejan a diferentes entornos industriales, como las instalaciones de refrigeración, las salas de servidores o la nave experimental, similar a las grandes plantas de producción. «A la comunidad científica le es muy difícil acceder a una industria de la manufactura para hacer pruebas, por eso creemos que este tipo de modelo ha tardado tanto en poderse parametrizar. Nosotros hemos podido avanzar en esta investigación gracias al sincrotrón ALBA, que nos permitió acceder a sus instalaciones. Estas instalaciones son muy similares a las que podemos encontrar en una industria y, además, al hacer las pruebas cuando el anillo del acelerador estaba parado, pudimos acceder al interior y realizar experimentos con la señal en estas bandas en ese entorno tan peculiar. Creemos que ha sido una oportunidad única», explica la investigadora.

Las mediciones en este entorno han permitido comprobar que superficies típicas en la industria, como las tuberías reflectantes, son muy beneficiosas para este tipo de comunicación, ya que permiten que la señal viaje por varios caminos y se refuerce en la recepción, permitiendo una mayor cobertura. «En concreto, conseguimos establecer un enlace de 110 metros, el mayor enlace de comunicación conseguido, con el estándar 802.11ad del Institute of Electrical and Electronics Engineers -IEEE- hasta la fecha», resalta la investigadora.

Modelo accesible a la comunidad investigadora

Este modelo es el primer paso para saber cómo se comporta la señal en este entorno, pero es necesario desarrollar protocolos que garanticen la fiabilidad de la comunicación requerida por la industria de la manufactura en procesos críticos. «Las aplicaciones que puede permitir la investigación en este ámbito van relacionadas con la sustitución del cableado en procesos de monitorización de líneas de producción y donde se han de tomar decisiones en tiempos muy ajustados y con mucha fiabilidad.»

«Por este motivo —continúa la investigadora—  es necesario garantizar que cuando se envía un mensaje de emergencia para parar el proceso productivo, por ejemplo, ese mensaje llegue en el tiempo requerido y con una fiabilidad elevada a recepción. La pérdida de ese mensaje o la llegada tardía pueden ser fatales.»

Con el objetivo de acelerar el desarrollo de estos protocolos, el nuevo modelo es accesible a toda la comunidad investigadora. «Los parámetros que proporcionamos en el artículo son útiles para prever cómo se va a comportar la señal en un entorno industrial. Pueden, por ejemplo, configurarse en un simulador para simular diferentes configuraciones y determinar qué resultado se obtendría en una situación real. De esta forma, puede ayudar a otros investigadores a diseñar protocolos que garanticen el correcto funcionamiento de la red», concluye Cristina Cano.

Esta investigación de la UOC favorece el objetivo de desarrollo sostenible (ODS) 9 («industria, innovación e infraestructura»).

Esta investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (cofinanciada por la Unión Europea mediante el FEDER, dentro del Programa Operativo Plurirregional de España 2014-2020), a través del proyecto SPOTS (RTI2018-095438-A-I00).

Artículo relacionado:

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

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