WiFi för fjärrstyrning av skogsmaskinell utrustning

Vid Avdelningen för kommunikationssystem på KTH har Michal Tomaszuk slutfört sitt examensarbete om skoglig WiFi med delhandledning från Skogforsk. Den primära tänkta tillämpningen är dataöverföring mellan en maskin och en arbetsstation där maskinen fjärrstyrs från stationen. Studien har genom simuleringar visat att kommersiell WiFi-utrustning har potential att nå 100-tals meter i en typisk brukad skandinavisk skog, om riktantenner används. Ett fältförsök utfördes med praktiska räckvidder i området 50–100 meter. Redan efter ett fåtal praktiska försök står det klart att en god design är att kombinera riktantenner på arbetsstationen med rundstrålande antenner på maskinen. Det minskar svårigheterna med att rikta antennerna exakt samtidigt som skrymmande riktantenner undviks på maskinen.

Så gjordes studien

Simuleringar av hur WiFi-signaler sprider sig utfördes med hjälp av mjukvaran Altair WinProp. Först skapades det kartor som liknade en typisk skandinavisk skog. Sedan användes programmet för att beräkna signalstyrkan samt förluster i skogen. Simuleringsresultaten indikerade att WiFi, förstärkt med riktantenner, skulle kunna nå en maskin på upp till 300 meter.

Simuleringarna följdes upp av ett fältförsök med riktantenner för att förstärka signalerna. Försöken genomfördes vid marknivå med manuell antennriktning och gav praktiska räckvidder i området 50–100 m. På lite högre höjd bedöms räckvidden vara bättre. Skogen skiljer sig mycket åt mellan platser och radiovågors känslighet för väder och vattenhalter gör att resultaten från försöken ska betraktas som indikativa.

Examensarbetet studerade både 2.4 GHz- och 5 GHz-bandet med snarlika resultat. Det förväntades att lägre frekvenser skulle ha bättre räckvidd än högre, men studiens resultat indikerar snarare motsatsen. De riktantenner som användes för 5 GHz-bandet hade väsentligt smalare strålningsmönster, vilket ger kraftigare förstärkning och därmed ökad räckvidd. Samtidigt kan dessa smala strålningsmönster leda till att systemet blir känsligare för störningar.  En annan aspekt är att riktantenner för 5 GHz-bandet är rena paraboler, vilket kan vara en nackdel med avseende på bland annat snö, is, löv och grenar. Resultaten förväntas dock vara betydligt bättre, i nivå med resultaten från simuleringen, om en mer noggrann metod för antennriktning används – exempelvis med hjälp av elektroniska styrsystem.

Det finns idag teknik för lokal 5G vilket bör ge bättre prestanda än WiFi, men tekniken är fortfarande ny och inte allmänt tillgänglig. WiFi är en billig och lättillgänglig lösning som tycks ha potential att fungera även i skog.

För mer information, läs examensarbetet i sin helhet.