Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist wie jede technische Netzwerk-Anwendung auf Geräte zur Verbindung, Vermittlung und Übergabe von Signalen angewiesen. Diesen Part übernehmen in der Regel konventionelle Gateways. Der Begriff Gateway ist jedoch differenziert zu betrachten: Gemeint sind hier nicht Router, die als Hardwareschnittstelle den Zugang zum Internet ermöglichen. Solche Gateways übersetzen lediglich die Nachrichten, die zwischen zwei Protokollen oberhalb der dritten Schicht des OSI-Referenzmodells (Open Systems Interconnection Model) ausgetauscht werden. Die Router benötigen Informationen über die Netzwerk-Struktur und übermitteln Datenpakete auf Basis ihres IP-Headers – ohne den Inhalt der Pakete verstehen zu müssen.

Gateway

Bild 1: Die Schichtstruktur von OSI-Modell, TCP/IP und dem Net4more-Protokoll im Vergleich. Tridonic

In diesem Beitrag geht es vielmehr um Application Gateways, die auf der Anwendungsebene operieren, also in Schicht fünf des OSI-Modells oder darüber (Bild 1). Für eine durchgängige Datenkommunikation müssen diese Gateways den Inhalt der Pakete vollumfänglich verstehen und übersetzen. Für Licht-Infrastrukturen bedeutet dies, dass herkömmliche Steuerungsprotokolle wie etwa Dali (Digital Addressable Lighting Interface) zwingend Application Gateways für die Kommunikation benötigen. Denn hier ist die zeitliche Komponente ausschlaggebend: Erfolgt die Antwort auf eine Anfrage nicht innerhalb eines bestimmten Zeitraums, wird die Anfrage nicht weitergeleitet. Eine Übermittlung von Dali-Frames ist dann nur mit Application Gateways möglich, die in der Lage sind, die Paketinhalte zu interpretieren.

Lichtsteuerung mit Dali

Wie funktioniert nun die Lichtsteuerung mit Application Gateways im Dali-Umfeld? Die Applikation muss bei der Lichtsteuerung zum Beispiel die Eigenschaften eines Knopfdrucks, die Anzahl der Ereignisse und ihre Dauer in einen oder mehrere Dali-Frames übersetzen, um spezielle Leuchten entsprechend zu steuern. Es ist nicht ungewöhnlich, dass eine Gruppe Leuchten enthält, die zu unterschiedlichen Dali-Leitungen gehören. In diesem Fall muss Gateway A den Befehl an einen anderen Dali-Controller (Gateway B) über ein unterschiedliches Protokoll weiterleiten, um das Licht einzuschalten. Dadurch wird eine geeignete Anfrage erzeugt und in ein IP-Paket eingebunden. Gateway B erhält nun dieses Paket und veranlasst die Aktivierung der entsprechenden Leuchte. Hierbei übersetzt Gateway B die Nutzeranfrage an Dali und demzufolge auch die Signale auf dem Bus.

Hierfür ist erforderlich, dass die Kommunikation zwischen den beiden Dali-Gateways spezifiziert wird. Wäre Dali das einzige Protokoll und würde das IP-Netzwerk als eine zweckmäßige Basis-Infrastruktur genutzt, wäre die Komplexität der Gateways kein Thema. Probleme können sich aber dann ergeben, wenn die beiden Gateways neben Dali mit weiteren älteren Protokollen arbeiten wie etwa DMX, 1-10V oder dem Protokoll für die Gebäudeautomation KNX. In diesem Fall lässt sich die Übersetzung der Datensignale möglicherweise nicht mehr beherrschen. Es steigt das Risiko, dass ganze Datenpakete verzögert oder aufgrund von Timeout-Problemen oder falscher Adressierung gar nicht übermittelt werden. Bei der Übertragung innerhalb unterschiedlicher Protokolle kann es vorkommen, dass einzelne Anfragen in viele verschiedene Befehle übersetzt werden. Das Gateway muss nun die Befehle passend zur entsprechenden Anfrage korrekt interpretieren, was durchaus eine Herausforderung darstellt. Funktioniert dieser Prozess nicht optimal, können bei der Übersetzung wichtige Informationen verloren gehen, die im Extremfall sogar zu einem totalen Zusammenbruch des Systems führen.

Die mangelnde Synchronisierung hat auch damit zu tun, dass nicht sämtliche Hersteller ihre Gateways mit einer umfassenden Funktionsvielfalt ausstatten können, die alle erdenklichen Protokolle unterstützt. Knackpunkt bei der Ausstattung von marktgängigen Gateways mit bestimmten Features ist häufig, dass es an der nötigen Abstimmung im Prozess von der Entwicklung bis zur Marktreife fehlt. Proprietäre Features erfordern normalerweise eine Funktionalität, die sowohl vom User Input als auch vom Aktor unterstützt wird (also vom Controller beziehungsweise den Leuchten). Im Falle eines veralteten Protokolls müssten diese Features auch von allen Gateways unterstützt werden, die möglicherweise an der Kommunikation beteiligt sind. Dies steht in starkem Gegensatz zu IP-basierenden Architekturen. Dort wird dieses Problem über eine viel komplexere Struktur des Kommunikationsprotokolls gelöst, die keine Gateways erfordert.

Ob und wie sich Gateways im Netzwerk vollständig eliminieren lassen, erfahren Sie auf der folgenden Seite.

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