Künstliche Intelligenz (KI) und Hochleistungsrechnen (HPC) verändern die moderne Rechenzentrumsinfrastruktur grundlegend. KI-Modelltraining, Anwendungen des maschinellen Lernens, fortgeschrittene Analysen und HPC-Umgebungen erfordern deutlich höhere Bandbreite, geringere Latenz und eine höhere Netzwerkzuverlässigkeit als herkömmliche Unternehmensanwendungen.
Da Unternehmen ihre KI-Kapazitäten kontinuierlich ausbauen, stehen Systemintegratoren zunehmend unter Druck, skalierbare Infrastrukturen zu entwickeln, die rechenintensive Umgebungen und den massiven Datenaustausch zwischen Servern, Speichersystemen und Netzwerkgeräten unterstützen. Die Skalierung der Rechenzentrumsinfrastruktur für KI- und HPC-Workloads erfordert zuverlässige physische Verbindungslösungen, die in Umgebungen mit hoher Dichte konsistente Leistung, zukünftiges Wachstum und betriebliche Effizienz gewährleisten.
1. Was sind die wichtigsten industriellen Drahtlostechnologien?
Industrielle Drahtloskommunikation ist keine einheitliche Technologie, sondern eine Sammlung von Protokollen für sehr unterschiedliche Anwendungsfälle. Die Wahl des falschen Protokolls kann teuer werden.
1. Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E (IEEE 802.11ax)
Wi-Fi 6 ist die ideale Lösung, wenn ein hoher Datendurchsatz für mobile Geräte in einer kontrollierten Funkumgebung erforderlich ist. Moderne Automobilwerke, die AGVs, mobile HMIs und Bildverarbeitungssysteme betreiben, setzen Wi-Fi 6 üblicherweise im 5-GHz-Band mit sorgfältig geplanter Platzierung der Zugangspunkte ein.
Die Latenz liegt typischerweise zwischen 2 und 20 ms, abhängig von der Netzwerklast und der Nähe zu den Zugangspunkten. Dies ist für die meisten Logistik- und Überwachungsanwendungen ausreichend, jedoch im Allgemeinen für die Bewegungssteuerung nicht ausreichend.
Wi-Fi 6E erweitert das verfügbare Frequenzspektrum durch die Einführung des 6-GHz-Bandes, das in industriellen Umgebungen noch relativ wenig ausgelastet ist. Für Einrichtungen, die mit der Überlastung der 2,4-GHz- und 5-GHz-Frequenzen zu kämpfen haben, lohnt sich die zusätzliche Investition in Wi-Fi 6E oft.
2. LoRaWAN
LoRaWAN ist für batteriebetriebene Sensornetzwerke mit großer Reichweite, niedriger Datenrate und anderen Übertragungswegen konzipiert. Es ist kein Ersatz für WLAN – es bedient ein völlig anderes Anwendungsgebiet.
Typische Anwendungsfälle sind:
- Leckerkennung in Rohrleitungen
- Tankfüllstandsüberwachung auf großen Industriegeländen
- Zustandsüberwachung für entfernte Anlagen
- Anwendungen in der Landwirtschaft und der Versorgungstechnik
Obwohl die Datenraten auf etwa 50 kbps begrenzt sind, kann ein einzelnes Gateway eine Abdeckung über mehrere Kilometer bieten, während batteriebetriebene Knoten jahrelang ohne Austausch funktionieren können.
3. ISA100.11a und WirelessHART
ISA100.11a und WirelessHART sind die dominierenden drahtlosen Standards in Prozessindustrien wie der Öl- und Gasindustrie, der Chemieindustrie und der Wasseraufbereitung.
Beide arbeiten im 2,4-GHz-ISM-Band und nutzen die Frequency-Hopping-Spread-Spectrum-Technologie, um die Störfestigkeit zu verbessern.
WirelessHART bietet Abwärtskompatibilität mit bestehenden kabelgebundenen HART-Installationen und erleichtert so die Migration für Einrichtungen, die bereits HART-fähige Feldgeräte einsetzen.
ISA100.11a bietet mehr Flexibilität und Funktionalität, erfordert aber im Allgemeinen einen höheren Konfigurationsaufwand.
Beide Technologien sind speziell für unternehmenskritische industrielle und sicherheitsrelevante Umgebungen konzipiert.
2. Worin unterscheidet sich Industrial Ethernet von Standard Ethernet?
Industrielles Ethernet nutzt die gleiche physikalische Schicht nach IEEE 802.3 wie Büronetzwerke, einschließlich der gleichen Ethernet-Verkabelungsprinzipien, TCP/IP-Protokolle und oft auch RJ45-Schnittstellen.
Industrial Ethernet bietet jedoch drei entscheidende Vorteile, die herkömmliches Büro-Ethernet nicht gewährleisten kann:
- Deterministische Kommunikation
- Robuste Hardware
- Erweiterungen des industriellen Automatisierungsprotokolls
Der Determinismus ist das entscheidende Unterscheidungsmerkmal.
Wenn ein Steuerungssystem einen Servoantrieb zu einem exakten Zeitpunkt ansteuert, sind unvorhersehbare Verzögerungen, selbst von wenigen Millisekunden, inakzeptabel. Industrielle Ethernet-Protokolle begegnen dieser Herausforderung durch Technologien wie das IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), priorisierte Datenverkehrsplanung und dedizierte Kommunikationszyklen.
1. PROFINET
PROFINET wurde von Siemens entwickelt und wird von PI (PROFIBUS & PROFINET International) betreut. Es ist der dominierende Industrial-Ethernet-Standard in den europäischen Fertigungssektoren.
PROFINET IRT (Isochronous Real Time) unterstützt:
- Zykluszeiten unter 1 ms
- Jitter unter 1 μs
Diese Eigenschaften machen es geeignet für hochgradig synchronisierte Automatisierungssysteme.
2. EtherNet/IP
EtherNet/IP wird von ODVA verwaltet und ist das bevorzugte industrielle Ethernet-Protokoll in nordamerikanischen diskreten Fertigungsumgebungen. Es wird häufig in Systemen von Rockwell Automation (Allen-Bradley) eingesetzt.
EtherNet/IP nutzt das Common Industrial Protocol (CIP) über Standard-TCP/UDP/IP-Netzwerke und ermöglicht so eine nahtlose Integration in bestehende IT-Infrastrukturen, ohne dass spezielle Ethernet-Switches erforderlich sind.
3. EtherCAT
EtherCAT wurde von Beckhoff entwickelt und zählt zu den schnellsten heute verfügbaren industriellen Ethernet-Protokollen.
Zu den wichtigsten Leistungsmerkmalen gehören:
- Zykluszeiten unter 100 μs
- Äußerst präzise Synchronisation
- Effiziente Frame-Verarbeitung durch jeden Knoten
Anstatt Ethernet-Frames zu empfangen und weiterzuleiten, verarbeiten EtherCAT-Geräte die Daten in Echtzeit, während die Frames sie durchlaufen.
Dadurch eignet sich EtherCAT besonders gut für:
- Mehrachsige Bewegungssteuerung
- Pick-and-Place-Robotik
- Automatisierte Testsysteme
- Hochgeschwindigkeits-Fertigungsanlagen
Das dazugehörige Hardware-Ökosystem – einschließlich geschirmter industrieller Ethernet-Kabelkonfektionen, industrieller M12-Ethernet-Steckverbinder und industrieller PoE-Switches – ist so konzipiert, dass es extremen Temperaturen, Vibrationen und anspruchsvollen Anforderungen an den Schutz vor dem Eindringen von Fremdkörpern standhält.
3. Kurze Fragerunde
Frage 1: Was ist Industrial Ethernet und wie unterscheidet es sich von Standard-Ethernet?
Industrielles Ethernet nutzt die gleichen physikalischen Standards nach IEEE 802.3 wie kommerzielles Ethernet, erweitert diese jedoch um deterministische Kommunikationsprotokolle wie PROFINET, EtherNet/IP und EtherCAT sowie um robuste Steckverbinder, einen breiteren Temperaturbereich und höhere Schutzarten.
Der bedeutendste Unterschied liegt in der garantierten Taktung. Industrielles Ethernet erreicht Zykluszeiten im Submillisekundenbereich mit Jitter im Mikrosekundenbereich, was herkömmliches Ethernet nicht zuverlässig gewährleisten kann.
Frage 2: Kann industrielle drahtlose Kommunikation industrielles Ethernet für die Bewegungssteuerung ersetzen?
Noch nicht für anspruchsvolle Echtzeit-Bewegungssteuerungsanwendungen.
Die fortschrittlichsten drahtlosen Optionen, einschließlich privater 5G-Netze mit URLLC-Konfigurationen, erreichen Latenzzeiten zwischen 1 und 5 Millisekunden. Zertifizierte Implementierungen für sicherheitskritische Bewegungssteuerung sind jedoch noch selten.
Drahtlose Technologien eignen sich für:
- Förderband-E/A
- Überwachungssysteme
- Nicht sicherheitskritische Automatisierung
Für die synchronisierte Servosteuerung bleibt kabelgebundenes Industrial Ethernet die bevorzugte Lösung.
Frage 3: Welche industrielle Funktechnologie bietet die größte Reichweite?
LoRaWAN bietet die größte Reichweite.
Typische Leistungsmerkmale umfassen:
- Mehr als 15 km in offenen Freiluftumgebungen
- Etwa 2–5 km in Industrieanlagen mit Hindernissen
Dadurch eignet sich LoRaWAN ideal für:
- Pipelineüberwachung
- Zählerablesung
- Landwirtschaftliche Sensorik
- Industrielle Überwachung im großen Maßstab
ISA100.11a und WirelessHART verwenden Mesh-Netzwerkarchitekturen, die die Reichweite durch Knoten-zu-Knoten-Kommunikation erweitern und typischerweise etwa 300 Meter pro Hop erreichen.
Frage 4: Sind hybride kabelgebundene und drahtlose Netzwerke schwieriger abzusichern?
Sie erfordern zusätzliche Aufmerksamkeit, aber nicht unbedingt höhere Kosten.
Zu den bewährten Verfahren gehören:
- Behandlung drahtloser Segmente als nicht vertrauenswürdige Netzwerke
- VLAN-Segmentierung
- WPA3-Unternehmensauthentifizierung
- Erkennung von unbefugten Zugriffspunkten
Viele moderne Industrie-Switches unterstützen diese Sicherheitsfunktionen nativ, sodass bei gut konzipierten Installationen keine separaten Sicherheitsgeräte benötigt werden.
Frage 5: Was sollte bei der Auswahl einer Verbindungstechnologie zuerst bewertet werden?
Beginnen Sie mit der Frage, ob sich das Objekt während des Betriebs bewegt.
- Wenn Mobilität erforderlich ist, wird drahtlose Technologie mit ziemlicher Sicherheit Teil der Lösung sein.
- Falls keine Mobilität erforderlich ist, prüfen Sie, ob die Anwendung eine deterministische Zeitmessung unter 5 Millisekunden benötigt.
Wenn ja, ist Industrial Ethernet in der Regel die sicherste Wahl.
Alle anderen Überlegungen – einschließlich Reichweite, Bandbreite und Kosten – sind gegenüber diesen beiden grundlegenden Fragen zweitrangig.
Abschluss
SoftelSoftel unterstützt die Infrastruktur des industriellen Internets der Dinge (IIoT) durch robuste Verbindungslösungen, die speziell für anspruchsvolle Industrieumgebungen entwickelt wurden. Von industriellen Ethernet-Komponenten und verstärkten Glasfaserkabeln bis hin zu Edge-Netzwerklösungen hilft Softel Unternehmen beim Aufbau zuverlässiger physikalischer Netzwerke, die die langfristige Stabilität, Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit industrieller Systeme gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 11. Juni 2026