Efter to års arbejde er Ingeniørhøjskolen i Århus nu klar med en prototype på et trådløst system, som skal gøre op med de kabler, der i dag bruges i forbindelse med overvågning af klimaet i stalde. Løsningen er opnået gennem brug af den WiFi-standard, der er udbredt i mange andre dele af samfundet, men som først nu er moden og rentabel til anvendelse i forbindelse med staldovervågning.

De kabler, som prototypen afskaffer, kan være problematiske, fordi der kan være mange stalde, som skal overvåges, og desuden bliver de udendørs kabler påvirket af vejr og vind, der særligt uden for Danmark kan være et stort problem. Og inde i selve staldene risikerer kablerne at blive gnavet over af eksempelvis svin.

Problemstillingen med kabler har Ingeniørhøjskolen i Århus arbejdet på at løse sammen med Skov A/S, der leverer klima- og produktionsstyring til landbrug verden over.

»I den forbindelse er det selvfølgelig interessant at bruge wireless LAN i stedet for at grave kabler ned. I udlandet er det tit også et ønske at undgå kabler, især over store afstande,« siger produktchef ved Skov, Kim Jensen Møller.

Og udviklerne har da også måttet kigge langt ud over de danske grænser for at finde udstyr, der er robust nok til hårde vejrforhold. En af de største udfordringer i forbindelse med projektet har nemlig været at finde WiFi-komponenter, som kan klare påvirkningen fra vind og vejr mellem staldene og de ætsende ammoniakdampe inde i selve staldene. Ingeniørhøjskolen har således haft kig på flere løsninger, men endte med WiFi-komponenter fra blandt andet canadiske Tranzeo.

»Komponenterne er beregnet til udendørs kommunikation i Canada og USA i øde områder, hvor der ellers ikke er nogen dækning. Så i disse lande er de gode til at lave langdistance WiFi-kommunikation,« siger projektansvarlig for løsningen ved Ingeniørhøjskolen, Torben Gregersen.

Han vurderer, at den ellers udbredte WiFi-standard først nu er moden og billig nok til, at den kan bruges til den kritiske staldovervågning.

»Kravet til løsningen har været høj stabilitet, pålidelighed og sikkerhed, som samtidig har skullet fungere med landmandens eksisterende udstyr - PDA'er og laptops - til trådløs dataoverførsel. Derfor har en WiFi-baseret løsning været et oplagt valg, men hidtil har WiFi ikke været rentabelt at anvende i staldene,« siger han.

Stabilitet og pålidelighed er vigtig, fordi et forkert staldklima ikke alene kan koste besætningen livet, men også resultere i store tab for landmanden. Og sikkerheden er i den forbindelse også central, fordi den trådløse kommunikation i princippet kan opsnappes og forstyrres af alle, hvis ikke den er tilstrækkeligt krypteret.

»Utilstrækkelig sikkerhed kan betyde, at f.eks. dyreværnsaktivister kan bryde ind i systemet og forvolde skade,« fortæller Torben Gregersen.

Sikkerheden bygger på WPA-kryptering, hvor nøglerne leveres pr. session af en Radius-server.

De retningsbestemte udendørs WiFi-antenner, som hver enkelt stald er udstyret med, er af typen Tranzeo TR-5a og TR5-plus. De er ud over prisen og robustheden også valgt efter sikkerhed og rækkevidde. Antennerne bruger WiFi-protokollen 802.11a og sender og modtager data i 5 GHz-området i modsætning til hjemme-WiFi protokoller, der kører 2,4 GHz.

»I teorien er rækkevidden kortere ved 5 GHz, men der er mere støjfrihed ved 5 GHz end ved 2,4 GHz, så vi undgår en del interferens ved den højere frekvens, fordi der indtil videre er færre, der benytter den,« siger Torben Gregersen, der har været med til at teste WiFi-komunikationen succesfuldt ved afstande på 1,8 kilometer, hvor det har været et krav fra Skov, at udendørskommunikationen har skullet kunne finde sted ved en afstand på mindst 1.000 meter.

Udendørskommunikationen kræver line-of-sight mellem antennerne, og Ingeniørhøjskolens test i Danmark har vist, at der kan opnås en effektiv dataoverførselshastighed på 6 Mbit/s med det canadiske udstyr ved en effekt på 4 watt e.i.r.p (Equivalent Isotropically Radiated Power), som er den maksimale sendeeffekt IT- og Telestyrelsen tillader i det anvendte frekvensbånd.

Et landbrug med mere end to bygninger bliver udstyret med en omnidirektionel antenne, anbragt på en centralt beliggende bygning. De omkringliggende bygninger bestykkes med en retningsbestemt antenne, som 'peger' på den centralt placerede omnidirektionelle antenne.

Et lille landbrug med en enkelt staldbygning og et stuehus kan nøjes med i alt to retningsbestemte antenner. Disse antenner udgør tilsammen et point-to-point link.

Uafhængigt af bygnings-antallet forbindes en af TR-5-enhederne til en Windowsbaseret computer, hvorfra landmanden overvåger og styrer staldklimaet.

Den trådløse teknologi breder sig også ind i selve staldene, hvor det også her er det særlige vejrduelige udstyr fra Canada, Ingeniørhøjskolen har satset på. I stalden er det dog ikke vind og vejr, der slider på elektronikken, men ætsende ammoniakdampe.

Inde i stalden er det accesspoints, der sørger for den trådløse dækning. Da dækningen her ikke skal foregå over længere afstande, er den ikke-retningsbestemte kommunikation ved en frekvens på 2,4 GHz tilstrækkelig. Enhederne er med koblet op med til en switch, som har forbindelse til det udendørs WiFi-udstyr.

WiFi-enhederne i stalden har trådløs forbindelse til ARM9 baserede boards med embedded Linux, som er koblet direkte sammen med klimasensorerne i stalden. De Linux-embeddede boards benytter Skov sig af i forvejen i forbindelse med klimaovervågning. Og de kommunikerer trådløst internt i stalden og er ligeledes beregnet til at skulle kunne modstå staldmiljøet, men kommunikationen har indtil nu foregået ved en begrænset hastighed på 2.400 baud, fortæller Kim Jensen Møller.

»Vi har før brugt langsomtgående, men stabil kommunikation. Men nu er WiFi-teknologien så langt fremme, og så billig, at vi kan bruge den,« siger han.

Som noget nyt er der med Århus-løsningen blevet tilkoblet en USB-WiFi-komponent til de embeddede boards. Den er valgt, fordi den er billig, har en forholdsvis god antenne, og så kan den ligesom accesspointet kommunikere krypteret via WPA.

»Desuden har det været afgørende, at den type WiFi-komponent, vi valgte, har kunnet fungere drivermæssigt med Linux-boardet, som Skov allerede bruger,« siger Torben Gregersen.

Både WiFi-komponenter og de embeddede Linux-boards har lige som alt andet elektronisk udstyr skullet være rustet til det barske miljø, der hersker i en stald. Derfor er både WiFi-komponent og board sat ind i en lufttæt kasse.

Opgaven for Ingeniørhøjskolen i Århus har i første omgang været at slippe af med kablerne mellem stuehus og stalde. Men der er stadig enkelte kabler tilbage i staldende.

»Vi har i første omgang valgt ikke at gøre kommunikationen helt ud til sensorerne trådløs, så bliver løsningen ikke rentabel, fordi det meste af det eksisterende udstyr derved skal modificeres eller udskiftes,« fortæller Torben Gregersen.

Alligevel er mængden af kabler i stalden forsøgt holdt på et absolut minimum ved at bruge udstyr, der understøtter Power over Ethernet (PoE). Det betyder, at de enkelte accesspoints kan forsynes med strøm via ethernetkablerne, og at der derfor skal trækkes et minimalt antal separate kabler til strømfremføring.

Foreløbig er den dansk udviklede WiFi-løsning til staldovervågning stadig i prototypefasen. Men produktchefen ved Skov er ikke i tvivl om, at systemet bliver omsat til et salgbart produkt. Han forventer, at testfasen er overstået i løbet af nogle måneder, og at det trådløse system derefter er klar til at blive solgt til alverdens landbrug.