Usines intelligentes

Des KPI vitales pour le réseau mobile au sein d'usines connectées sans fil

Une usine intelligente est un environnement sensible qui doit répondre à des exigences strictes en termes de connectivité et de fiabilité des machines, ainsi qu'en termes de sécurité des données et des personnes, en particulier si la connectivité est fournie par des technologies sans fil.

La redondance est une manière éprouvée d'augmenter la fiabilité. Chaque endroit au sein d'une usine intelligente doit être desservi par au moins quatre points d'accès sans fil. Des tests sur site représentent le seul moyen de vérifier cet accès, pas seulement lors de l'installation mais après chaque reconfiguration ou changement de machine dans l'organisation du bâtiment, car des changements structurels peuvent impacter les conditions de propagation des ondes radio.

Une accessibilité sans fil fiable et sans ambiguïté est nécessaire mais pas suffisante pour un fonctionnement sans faille. Une autre exigence est la bonne performance mesurée, pas seulement dans le flux de données atteignable, mais également – et souvent plus important – la latence ou le temps nécessaire à un signal pour traverser le système. Les latences des technologies des communications mobiles précédentes, jusqu'à et incluant la 4G, n'étaient pas assez courtes pour répondre aux exigences du contrôle en temps réel. Cela n'est plus vrai depuis la 5G, qui possède des latences de l'ordre de quelques millisecondes.

La latence se présente sous deux formes : aller / retour et aller simple (Fig. 1). La réalité augmentée ou virtuelle utilise des cas nécessitant une latence aller / retour courte pour des actualisations des contenus d'images très rapides lorsque quelqu'un qui porte des lunettes AR/VR bouge sa tête, afin que les données fusionnées restent cohérentes avec l'image en direct. Contrairement, le contrôle temps réel d'une machine connectée nécessite une latence aller simple faible. Des commandes de contrôle, par exemple une commande d'arrêt d'un robot, doit engendrer une action immédiate.

Les cinq phases du test de réseau

Lors de la planification d'une usine en entier, les réseaux mobiles sont implémentés au cours de phases en se basant sur un plan de test en cinq phases. La Fig.2 illustre les quatre premières phases dédiées à la vérification des capacités du réseau à répondre aux exigences de performance et de fiabilité strictes.

Phase 1 : Préparation au déploiement

En Allemagne et dans certains autres pays, les fréquences 5G sont réservées pour les réseaux de campus ou les réseaux privés, et les exploitants d'usines peuvent demander à utiliser ces fréquences. La configuration et l'utilisation du réseau peuvent être organisées en interne, mais cela est généralement effectué par des fournisseurs de service. Dans les pays sans fréquences dédiées aux campus, la connectivité d'usine implique la réservation de ressources auprès d'un fournisseur de réseau, qui à son tour consolide leur réseau autour de l'usine ou installe des stations de base supplémentaires dans l'usine pour répondre aux exigences.

Si le réseau utilise des bandes de fréquence du campus, le spectre nécessite une vérification initiale des interférences. L'expérience montre que cela ne peut pas être tenu pour acquis avec un spectre nouvellement attribué et précédemment inutilisé. Les scanners de réseau R&S®TSMx6, les analyseurs de spectre portables R&S®FPH/R&S®FSH et les récepteurs de test portables R&S®MNT100/R&S®PR200 effectuent les mesures nécessaires.

Phase 2 : Test d'acceptation du site

La seconde phase concerne le test et la validation des stations de base nouvellement déployées. Cela intègre les simples tests fonctionnels tels que les tests de téléchargement / chargement, les mesures de latence aller / retour, les analyses du spectre RF sans fil et le décodage du signal afin de vérifier les données PCI, SSB et SIB pour les signaux 5G et LTE.

Le décodage du signal permet également le dépannage de paramètres spécifiques en cas de problèmes ou de résultats inattendus. La gamme de produits Rohde & Schwarz contient les bons instruments pour ces tâches. QualiPoc Android, un smartphone basé sur un logiciel de mesure, évalue le service du réseau mobile depuis la perspective de l'utilisateur avec des tests fonctionnels (DL, UL, ping/TWAMP). L'analyseur de spectre portable R&S®Spectrum Rider FPH est idéal pour les mesures de spectre sans fil, tandis que la solution de test de site R&S®5G fournit une vue d'ensemble situationnelle du réseau mobile en entier qui permet l'identification rapide de n'importe quelles zones de faiblesses ou de problèmes.

Phase 3 : Test de couverture et de performance

Arrive ensuite le test réel. L'objectif est de s'assurer que le réseau fournisse la performance nécessaire dans l'ensemble de l'usine. Les scanners de réseau R&S®TSMx6 mesurent la totalité du site de l'usine pour voir combien de points d'accès réseau différents ont la bonne puissance de réception du signal de référence (RSRP) et la bonne qualité de signal par rapport aux interférences plus le bruit (SINR) à n'importe quel endroit. Comme évoqué précédemment, au moins quatre redondance est souhaitable. Le QualiPoc peut tester la capacité en temps réel de la connexion en combinant le profil du trafic émulé, la mesure de latence et la qualité de transmission dans un seul test d'interactivité (voir Fig. 4 et 5). Le logiciel d'optimisation temps réel R&S®SmartONE permet la visualisation immédiate des résultats de mesure et des améliorations ciblées des zones à problème.

Phase 4 : Surveillance de la qualité de service

Les mesures de la Phase 4 sont nécessaires dans les usines où l'infrastructure du réseau sans fil est sensible, où un mauvais fonctionnement engendrerait des pertes de profits et de productibilité importantes. Cela signifie que le propriétaire de l'usine a besoin d'un agrément du niveau de service clairement défini (SLA) avec leur fournisseur réseau et la possibilité de vérifier en permanence la conformité avec le SLA. Des sondes RF personnalisées sont répandues dans l'usine, ainsi que dans des véhicules guidés automatisés (AGV) et dans des robots mobiles autonomes (AMR). Elles mesures périodiquement la qualité de la connexion – y compris la latence – à chaque position et rapportent les résultats au centre de surveillance (SmartMonitor), où ils sont visualisés sur un tableau de bord en temps réel. Des outils tels que SmartAnalytics proposent une analyse des données hors ligne plus détaillée. Le logiciel utilise l'apprentissage machine pour identifier les tendances et les anomalies, puis indique promptement les aberrations afin que des mesures préventives puissent être prises avant que le défaut ne se produise réellement.

Phase 5 : Vérification de la compatibilité prescrite avec le monde extérieur

La fin de la phase 4 marque la fin du processus de configuration et le réseau est opérationnel. La dernière tâche consiste à garantir la conformité avec les conditions de licence des réseaux privés qui spécifient des signaux de fuite en dehors de la zone de couverture prévue devant rester en-dessous de limites définies. Cela permet d'empêcher des interférences avec les voisins en utilisant la même bande de fréquence ou une bande de fréquence adjacente. Les propriétaires d'usines ont pour recommandation de vérifier la conformité et peuvent le faire avec une solution de test piéton telle que le R&S®Freerider4 ou un scanner réseau monté sur un drone (Fig. 3).

Conclusion

Plusieurs industries auront besoin de convertir leurs usines actuelles en usines intelligentes. Les opérations conventionnelles auront du mal à rivaliser avec la flexibilité et les avantages de la nouvelle génération d'usines. L'une des caractéristique est la connectivité complète de l'équipement avec des communications sans fil à faible latence (5G). Le bon support T&M facilite la configuration et l'utilisation de ces réseaux. La gamme de produits Rohde & Schwarz propose aux opérateurs réseau et aux propriétaires d'usines tout ce dont ils ont besoin.