Robust trådlös infrastruktur i skogen – från demonstrator till nytta

Drönarbaserad 5G-täckning banar väg för fjärrstyrda skogsmaskiner

Ett forskningsprojekt lett av Mittuniversitetet med SCA, Telia, Ericsson, Skogforsk, Biometria och Volvo har demonstrerat hur en drönarmonterad 5G‑basstation kan användas för att skapa täckning på avlägsna avverkningsplatser och möjliggöra fjärrstyrning av skogsmaskiner. Testet visar att tekniken fungerar – men för att bli kommersiellt gångbar krävs förenklad installation/hantering, robustare hårdvara för väder, samt att klara tekno‑ekonomiska ramar och affärsmodeller. Digitalisering av skogsbruket kräver robust uppkoppling. Projektet har testat drönare med 5G för att skapa täckning på avverkningsplatser.

Så gjordes demonstratorn

Nätet kopplades till en lokal 5G‑bas med edge‑funktionalitet och vidare ut mot internet via satellit (Starlink). En drönare bar 5G-antenn och skapade ett lokalt nät som användes för att från Uppsala fjärrstyra en skotare via satellit. Testet visade fungerande fjärrstyrning med ~100 ms extra fördröjning mellan styrsignal och visuell återkoppling i VR-headset. Den extra fördröjningen berodde på Starlink-uppkopplingen. Drönare bar 5G‑antenn och skapade ett lokalt 5G‑nät med ca 3 km räckvidd. Skotaren anslöt till det lokala 5G-nätet och fjärrstyrdes 9 mil ifrån platsen där skotaren befann sig.

Fyra möjliga arkitekturer för att skapa täckning vid avverkningar

1) Förstärkt 5G: Integration i mobilnätet, kräver radioplanering och backhaul (förbinder basstationen med internet) med prestanda som räcker för användningsfallet.

2) Förstärkt 5G med lokal edge: Samma som ovan, men lokalt edge hanterar delar av trafiken nära källan vilket minskar fördröjning och behovet av backhaul. Möjliggör lokal fjärrstyrning även om internetuppkopplingen är begränsad.

3) Lokalt 5G med internet: Privat 5G (lokalt spektrum via PTS eller i samverkan med operatör). Internetuppkoppling kan vara via exempelvis satellit. Systemet kan stödja både lokal och central fjärrstyrning, men ställer krav på VPN (säker anslutning).

4) Lokalt 5G utan internet: Stöd för lokal styrning/automation där allt körs på plats (edge). 

Resultat och insikter från testet

Testet visade att fjärrstyrning av skogsmaskin via drönarbaserat 5G och satellit-backhaul fungerade väl, trots att fördröjningen ökade med cirka 100 ms. Fördröjning som är konstant kan förare lära sig att hantera efter viss anpassning, däremot är det betydligt svårare att hantera fördröjningar som är oregelbundna. Robustheten påverkas främst av väderförhållanden (kraftig vind och regn/snöfall) och tekniska begränsningar kring antennens vikt och typ. Därför blir valet av antenn viktigt vad gäller yttäckningsförmåga och placeringsmöjligheter på drönaren för att säkerställa optimal täckning. Säkerhetsmässigt är det avgörande att systemet klarar kommunikationsstörningar, exempelvis GNSS-störningar, och har inbyggda failsafe-funktioner så att maskinen automatiskt stannar eller återvänder till en säker zon vid problem med uppkoppling eller intrång. För att ytterligare stärka säkerheten bör omgivningssensorer för personskydd och självdiagnostik integreras i maskinen som ska fjärrstyras. Vid en implementering av system för fjärrstyrning av skogsmaskiner kommer en högre grad av användbarhet krävas för att lösningen ska kunna skalas upp. Det kommer att krävas ändrade regler vid etablering av radiomaster som är högre än 12 meter, drift och nedtagning måste vara ”plug-and-play”, enkel att felsöka och kräva minimal extra personaltid för igångsättning av systemet.