Energie für industrielle IT

Mit SWIPT und NOMA wollen Forscher der National Korea Maritime and Ocean University ein Grundproblem des 'Industrial Internet of Things' (IIoT) lösen: Die Stromversorgung von unzähligen Sensoren, die für eine intelligente Produktion nötig sind, deren Kommunikation untereinander sowie mit der Steuereinheit. Hinter den Kürzeln verbergen sich die drahtlose Informations- und Energieübertragung (SWIPT) und ein für die nächste Mobilfunkgeneration entwickeltes Konzept zur Energieeinsparung (NOMA).

In der Fabrik der Zukunft gibt es nichts mehr, was unüberwacht bleibt. An Maschinen sind Akustik-Sensoren montiert, die Geräusche aufnehmen. Diese werden in Echtzeit ausgewertet, sodass sich Störungen, wie sie etwa ein stumpfer Fräskopf auslösen kann, früh diagnostizieren und beheben lassen. Diese Sensoren könnten mit Batterien bestückt werden, doch bei tausenden Sensoren wäre der Wartungsaufwand so hoch, dass die Vorteile des IIoT nicht mehr zum Tragen kämen.

Eine Alternative ist die Nutzung etwa von Vibrationen der Maschinen zur Erzeugung von Strom. Die Forscher setzen dagegen auf eine zentrale drahtlose Stromversorgung, kombiniert mit einer ebenso drahtlosen Kommunikation. Um die Sensoren mit Strom zu versorgen, sind sie mit einer Empfängerspule ausgestattet, die Hochfrequenzsignale einfängt und in Strom umwandelt, der sodann in Gleichstrom zur Versorgung der Sensoren genutzt wird. Ein kleiner Akku dient als Pufferspeicher.

Die Energieeffizienz des SWIPT-NOMA-Systems sinkt jedoch mit zunehmender Entfernung der Sensoren von der zentralen Steuerung ab. Daher setzt das Team um Dong-Wook Seo vom Institut für Elektronik und Informationstechnik auf ein verteiltes Antennensystem (DAS). Es verringert die Distanzen und löst damit das Energieproblem. Es hat sich herausgestellt, dass das SWIPT-NOMA-System in Verbindung mit DAS fünfmal energieeffizienter ist als ohne DAS. Zudem verbessert sich die Übertragungsrate um zehn Prozent, heißt es.

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