Fábricas Inteligentes

Indicadores-chave de desempenho (ICDs) essenciais para redes móveis em fábricas conectadas sem fio

Uma fábrica inteligente é um ambiente complexo que precisa cumprir requisitos rigorosos de conectividade de máquinas e confiabilidade, bem como de segurança de dados e de pessoas, principalmente se a conectividade for estabelecida por tecnologias sem fio.

A redundância é uma forma comprovada de aumentar a confiabilidade. Cada localização em uma fábrica inteligente deve possuir pelo menos quatro pontos de acesso sem fio. Testes no local são a única forma de verificar este acesso não somente na instalação, mas também após cada reconfiguração de máquinas ou alteração no layout da edificação, pois mudanças estruturais podem influenciar as condições de propagação das ondas de rádio.

A acessibilidade confiável e universal sem fios é uma condição necessária, mas não é suficiente para a operação sem problemas. Outro requisito é o desempenho adequado medido não somente em valores possíveis de alcançar para saída de dados e também – frequentemente com maior importância – para latência, ou o tempo necessário para um sinal passar pelo sistema. As latências das tecnologias de comunicações móveis anteriores até 4G, inclusive, não eram curtas o suficiente para cumprir requisitos de controle em tempo real. Esse já não é mais o caso com 5G, que tem latências de poucos milissegundos.

A latência ocorre de duas formas: viagem de ida e volta e unidirecional (fig. 1). Casos de uso com realidade virtual ou aumentada requerem curta latência de viagem de ida e volta para atualizações muito rápidas de conteúdos de imagem para garantir que os dados mesclados permaneçam consistentes com a imagem ao vivo quando as pessoas utilizando óculos de AR/VR movem a cabeça. Em contraste, o controle em tempo real de uma máquina conectada requer baixa latência unidirecional. Comandos de controle, como o comando de parada para um robô, por exemplo, precisam levar a uma ação imediata.

As cinco fases de testes de rede

Ao planejar a fábrica como um todo, as redes sem fio são implementadas em fases com base em um plano de teste de cinco fases. A fig.2 mostra as primeiras quatro fases para verificar se a rede cumpre rigorosos requisitos de confiabilidade e desempenho.

Fase 1: Preparação de distribuição

Na Alemanha e em alguns outros países, as frequências 5G são reservadas para redes de campus ou redes privadas e operadores de fábricas podem requerer a utilização dessas frequências. A configuração e operação da rede pode ser organizada internamente, mas geralmente é feita por provedoras de serviços. Em países sem frequências específicas para campus, a conectividade de fábricas envolve reservar recursos de uma grande operadora de redes que, por sua vez, consolida sua rede ao redor da fábrica ou instala estações rádio-base adicionais para cumprir requisitos.

Se a rede utilizar bandas de frequências de campus, o espectro precisa de uma verificação inicial à procura de interferências. A experiência mostra que isso é essencial principalmente com um espectro atribuído recentemente e não utilizado previamente. Os scanners de rede R&S®TSMx6, analisadores de espectro portáteis R&S®FPH/R&S®FSH e receivers de testes portáteis R&S®MNT100/R&S®PR200 realizam as medições necessárias.

Fase 2: Teste de conformidade de estações base

A segunda fase envolve o teste e a validação de estações rádio-base recentemente instaladas. Isso inclui simples testes funcionais, tais como testes de download/upload, medições de latência de viagem de ida e volta, análises de espectro de RF over-the-air (OTA) e decodificação de sinais para verificar dados PCI, SSB e SIB para sinais de âncoras 5G e LTE.

A decodificação de sinais também contribui para solucionar problemas de parâmetros específicos no caso de problemas ou resultados inesperados. O portfólio de produtos da Rohde & Schwarz tem os instrumentos certos para essas tarefas. O QualiPoc Android, um software de medição com base em smartphones, avalia os serviços da rede móvel pela perspectiva do usuário com testes funcionais (DL, UL, ping/TWAMP). O analisador de espectro portátil R&S®Spectrum Rider FPH é ideal para medições de espectro OTA, enquanto a solução de teste de estações base R&S®5G STS oferece uma abrangente visão geral sobre a situação da rede móvel que permite a rápida identificação de pontos frágeis ou áreas com problemas.

Fase 3: Teste de cobertura e desempenho

Agora começa o verdadeiro teste. O objetivo é garantir que a rede forneça o desempenho de saída requerido para toda a fábrica. Os scanners de rede R&S®TSMx6 realizam medições em todo o local da fábrica para ver quantos pontos de acesso de rede diferentes têm boa potência recebida de sinal de referência (RSRP) e boa qualidade como sinal para interferência mais taxa de ruído (SINR) em cada localização. Como mencionado anteriormente, precisamos de uma latência com redundância de até quatro vezes. O QualiPoc Android pode testar a capacidade em tempo real de conexão ao combinar o perfil de tráfego emulado, medição de latência e qualidade de transmissão em um único teste de interatividade (veja fig. 4 e 5). O software de otimização em tempo real R&S®SmartONE possibilita a visualização imediata de resultados de medição e aprimoramento direcionado de áreas com problemas.

Fase 4: Monitoramento da qualidade do serviço

As medições de fase 4 são necessárias em fábricas onde a rede sem fio é uma infraestrutura decisiva e falhas em seu funcionamento resultariam em grandes perdas de lucratividade ou produtividade. Isso significa que o proprietário da fábrica precisa de um Acordo de nível de serviços (SLA) claramente definido com sua operadora de redes e a habilidade de verificar continuamente a conformidade com o SLA. Sensores de RF padrão estão distribuídos por toda a fábrica, em veículos guiados por automação (AGV) e em robôs móveis autônomos (AMR). Eles medem periodicamente a qualidade da conexão – incluindo a latência – em todas as localizações e relatam os resultados para o centro de monitoramento (SmartMonitor), onde são visualizados em um painel em tempo real. Ferramentas como SmartAnalytics oferecem análises de dados offline mais detalhadas. O software utiliza aprendizado de máquina para identificar tendências e anomalias, bem como indicar imediatamente aberrações, de modo que medidas preventivas possam ser tomadas antes do caso de falha realmente ocorrer.

Fase 5: Verificação de compatibilidade prescrita com situações reais

A conclusão da fase 4 marca o fim do processo de configuração e a rede estará operacional. A tarefa final é assegurar a conformidade com as condições de licença de redes provadas que especificam que sinais que escapam para fora da área de cobertura pretendida devem permanecer abaixo dos limites definidos. Isso contribui para evitar interferências com equipamentos próximos que utilizem a mesma banda de frequências ou uma banda de frequências adjacente. É recomendável que os proprietários de fábricas verifiquem a conformidade com uma solução de teste de caminhada, tal como o R&S®Freerider4, ou um scanner de rede montado em um drone (fig. 3).

Resumo

Várias indústrias precisarão converter suas fábricas atuais em fábricas inteligentes. As operações organizadas convencionalmente terão dificuldades de competir com a flexibilidade e as vantagens de custos da nova geração de fábricas. Um dos recursos é a conectividade completa de equipamentos com comunicações sem fio em baixa latência (5G). O suporte de teste e medição ideal facilita a configuração e a operação dessas redes. O portfólio de produtos da Rohde & Schwarz oferece às operadoras de redes e aos proprietários de fábricas tudo o que precisam.