Comparative performance analysis of wireless communication solutions in remote controlled port crane operations
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
83
Series
Abstract
The rising volume of global trade has increased the pressure to improve efficiency, safety, and scalability in container handling. As a result, the role of automation in modernization of port operations has been vital. A key improvement has been the development of the communication infrastructure, connecting machines, sensors, and control systems. The movement towards wireless solutions enables real-time communication even in challenging conditions, as wireless networks have developed at a remarkable pace during the past couple of years and are now offering potential solutions to meet the requirements of port automation. 5G and Wi-Fi based technologies support scalable connectivity without the limitations of fixed wiring. Their potential lies in enabling more agile, cost-effective automation solutions. These wireless systems could be particularly efficient in dynamic industrial environments, where mobile assets, such as container handling equipment, require reliable and robust communication. Therefore, the goal of this thesis was to study whether the performance of 5G and Wi-Fi based mesh solution, Rajant, can support remote operation of an ARTG crane. The thesis presents technical descriptions of both technologies and defines simple point-to-point test scenarios to measure their performance. Testing scenarios included glass-to-glass latency (G2G), maximum throughput per access point, performance with static crane and performance with mobile crane. The focus of the thesis was to investigate the data flows of the critical control data and video streaming. The results demonstrate that both technologies have the potential to provide adequate performance for the remote operations, even though limitations exists. Rajant was able to record slightly better latencies in every test case, but both technologies recorded acceptable G2G latencies. Furthermore, Rajant could theoretically support 3 UEs with one access point, whereas 5G was able to support one UE with one base station. Additionally, 5G had issues with control data prioritization, which would need to be addressed to ensure correct data flows in future deployments.Globaalin kaupan kasvava määrä on lisännyt painetta parantaa tehokkuutta, turvallisuutta ja skaalautuvuutta konttien käsittelyssä. Tämän seurauksena automaatiosta on tullut keskeinen kiinnostuksen kohde satamatoimintojen modernisoinnissa. Yksi merkittävimmistä parannuksista on ollut viestintäinfrastruktuurin kehitys, mikä yhdistää koneet, sensorit ja ohjausjärjestelmät. Siirtyminen langattomiin ratkaisuihin mahdollistaa reaaliaikaisen viestinnän myös haastavissa olosuhteissa, sillä langattomat verkot ovat kehittyneet huomattavasti viime vuosien aikana ja tarjoavat nyt potentiaalisia ratkaisuja satama-automaation vaatimuksiin. 5G- ja Wi-Fi-pohjaiset teknologiat tukevat skaalautuvia yhteyksiä ilman fyysisten kaapeleiden tuomia rajoituksia. Niiden potentiaali perustuu ketterämpien ja kustannustehokkaampien automaatioratkaisujen mahdollistamiseen, joten ne voivat olla erityisen tehokkaita dynaamisissa teollisuusympäristöissä, joissa liikkuvat laitteet, kuten kontinkäsittelylaitteet, vaativat luotettavaa ja varmaa yhteyttä. Diplomityön tavoitteena oli selvittää, voiko 5G- ja Wi-Fi pohjainen mesh-ratkaisu Rajant tukea ARTG nosturin etäohjausta. Työssä esitellään molempien teknologioiden teknisiä kuvauksia ja määritellään yksinkertaiset pisteestä pisteeseen (point-to-point) testitilanteet verkkojen suorituskyvyn mittaamiseksi. Testitilanteet koostuivat lasista lasiin-viiveestä (G2G), maksimaalisesta tukiaseman tiedonsiirtokyvystä, verkon suorituskyvystä staattisella nosturilla ja verkon suorituskyvystä liikkuvalla nosturilla. Tulokset osoittivat, että molemmilla teknologioilla oli potentiaalia tarjota riittävää suorituskykyä nosturin etäohjaukseen, mutta rajoituksiakin löytyi. Rajant saavutti hieman paremmat viivetulokset kaikissa testitapauksissa, mutta molempien teknologioiden G2G viivetulokset olivat hyväksyttäviä. Rajant pystyisi teoreettisesti myös tukemaan kolmea päätelaitetta yhdellä tukiasemalla, kun taas 5G tuki-i vain yhtä päätelaitetta yhdellä tukiasemalla. 5G:llä havaittiin myös ongelmia ohjausdatan priorisoinnissa, mikä tulisi ratkaista ennen käyttöönottoja.Description
Supervisor
Manner, JukkaThesis advisor
Järvinen, JuhaNonchev, Stanislav