Bildergalerie
Bild 1: WIZ6000-Modul als Komplettgerät im Gehäuse mit Dipolantenne.
Bild 2: Startseite in der Browser-Konfigurationsansicht.
Bild 3: Konfigurationstool.
Bild 4: Einsatz als Gateway.
Bild 5: Einsatz als Client.
Bild 6: AT-Komandos zur Konfiguration als Device Server.
Bild 7a: Buchse
Bild 7b: Lötanschluss
Bild 7c: Chipantenne
Bild 8: So sieht es beim Autor in der Umgebung aus, die letzte Zeile zeigt das Wiznet-Modul, davor steht ein üblicher Repeater.
Bild 9: Der untere ist der Repeater, bei ungefähr gleichem Abstand  (ca. 3 m) kommen beide mit -50 dBm an.
Bild 10: Evaluierungsboard WizFi2xx.

Wider dem Kabelsalat

Der Beitrag betrachtet die diversen Möglichkeiten von WLAN-Modulen anhand des Portfolios des koreanischen Herstellers Wiznet sowie deren Inbetriebnahme. Je nach Anwendungsfall stehen Module unterschiedlicher Größenordnung, was die Leistungsfähigkeit und Ausstattung angeht, zur Verfügung.

Internetzugang im privaten Haushalt wird von vielen heute als selbstverständlich angesehen. Geht man weiter davon aus, daß es sich bei der Mehrzahl der Installationen um solche handelt, bei denen beim Bau nicht gleich ein CAT5-Kabel verlegt wurde und eine Verbindung vom Rechner zum Router räumlich getrennt und somit schlecht mit Kabel zu realisieren war, kam eigentlich nur noch eine drahlose, also Wireless-Lösung in Betracht.

Aus diesem Ansatz heraus denken viele beim Begriff WLAN sofort an ihren heimischen Internetzugang, sprich irgendeine Box, die irgendwo im Keller an der Decke hängt. Wer schon einmal mit seinem Laptop mit einem geeigneten Netzwerkanalyseprogramm – das gibts im Internet zum Runterladen – um den Häuserblock gezogen ist, war sicherlich erstaunt, wieviele Netzwerkkennungen, mit zum Teil phantasiereichen Namen oder aber auch solchen, die eindeutige Hinweise auf den betreibenden Nachbarn geben, zu finden sind.

Solch ein Programm zeigt aber auch sehr gut auf, wo die Grenzen oder vielleicht auch Schwächen liegen. Technisch bedingt, liegen die erzielbaren Reichweiten im wahrsten Sinne des Wortes im überschaubaren Bereich.

WLAN wird durch den IEEE 802.11.a-g bzw. n beschrieben, wobei der Buchstabe am Ende die mögliche Datenübertragungsrate kennzeichnet. Als Übertragungsfrequenz dienen 2,4 GHz. Bei dieser sehr kurzwelligen Frequenz ist eine quasi optische Sichtverbindung hilfreich. Dicke Wände, möglicherweise mit viel Eisenarmierung oder größere Gegenstände können die Übertragung stark einschränken, was sich in kurzen überbrückbaren Distanzen und einem geringen Datendurchsatz niederschlägt.

Abgesehen vom weit verbreiteten kabellosen Internetzugang, nimmt die Zahl der Anwendungen immer mehr zu. Prinzipell kann man im ersten Ansatz alles, was mal mit Kabel und irgendeinem Stecker miteinander verbunden war, wireless verbinden, sofern es funktionell und auch von den Kosten Sinn macht.

Anwendungskonzepte, an denen heute bereits entwickelt wird, reichen vom Diagnosesystem im Kfz, welches beim Einfahren in die Werkstatthalle über WLAN zum stationären System in der Halle Kontakt aufnimmt, um die gespeicherten Erkenntnisse, wie Störfälle oder andere für den Service wichtige Daten zu übermitteln. Des Weiteren sind die gelegentlich anfallenden Software-Updates über diesen Link herunterladbar.

Ein anderes Szeanrio kann in der Notwendigkeit bestehen, bereits installierte Fertigungssteuerungen, die seit Jahren installiert sind, nachzurüsten und zu vernetzen; erfolgt diese Nachrüstung drahtlos, entfällt eine möglicherweise schwierige und aufwändige Verkabelung.

Gateway-Modul

Das WIZ610wi ist ein Gateway-Modul und verfügt über eine Bridge von seriell RS-232 oder Ethernet zu IEEE-802.11 b/g drahtloser Kommunikation. Damit ist es möglich, Geräte mit RS-232 oder Ethernet-Anschluss zu einem drahtlosen Netzwerk zusammenzufügen und beispielsweise Fernwartung, Überwachung oder Systemmanagementaufgaben zu bewältigen. Das Modul kann außer als Gateway auch als Access Point oder Client konfiguriert und eingesetzt werden. Um die Kommunikation gegen An- und Eingriffe zu schützen, werden 64/128 Bit WEP, WPA und WPA2 (AES) unterstützt. Als Datendurchsatz stehen maximal 25 Mbit/s zur Verfügung und mit Abmessungen von 39 x 32 x 4,7 mm3 eignet es sich recht gut, um bestehende Systeme aufzurüsten. Basierend auf diesem Modul steht auch eine Komplettlösung im Gehäuse mit allen Anschlüssen und Netzteil zur Verfügung, das über entsprechende Flansche, wo immer nötig, montiert werden kann (Bild 1).

Die Inbetriebnahme erfolgt relativ einfach über einen Browser (Bild 2). Über die Default IP-Adresse und das Admin Login-Fenster gelangt man direkt in die Konfigurationsoberfläche. Hier kann der Betriebsmodus Client, Gateway oder Access Point und die Sicherheitseinstellungen wie WEP, WPA, bzw. WPA2 vorgenommen und der Schlüssel festgelegt werden. Festlegung der IP-Adresse oder ob DHCP-Modus ist selbstverständlich ebenfalls, wie weitere, vom heimischen Router bekannte Einstellmöglichkeiten, gegeben. Genau Auskunft gibt hier das User Manual zum WIZ610wi.

Abgesehen von der Browser-Methode stellt Wiznet ein Konfigurationsprogramm auf der Wiznet-Homepage zur Verfügung, über welches das Modul ebenfalls konfiguriert werden kann. Hierzu wird das Modul über Ethernet- und RS-232-Kabel mit dem PC verbunden. Über den dargestellten Screen (Bild 3) können die unterschiedlichen Konfigurationen eingestellt und Tests durchgeführt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, einen Test einer Umsetzung von seriell auf wireless durchzuführen, wobei hierbei allerdings nicht die Funkstrecke, sondern nur die korrekte Umsetzung getestet wird.

Praktische Randfunktion dieses Tools ist die Möglichkeit, über den Search-Mechanismus ein Modul zu erkennen, dessen IP-Adresse nicht bekannnt ist, um sich dann anschließend über das Browser Admin-Fenster einzuloggen.

Die Bilder 4 und 5 zeigen zwei grundsätzliche Einsatzarten, einmal als Gateway und einmal als Client. Geht es darum Fertigungsmaschinen nachträglich zu vernetzen, ohne das Kabel verlegt werden sollen, führt der Einsatz eines Moduls als Client konfiguriert über RS-232 mit der Maschine verbunden, schnell zum Ziel.

Client-Anbindung mit Wiz Fi 210/220

Geht es darum, Client-Anbindungen zu realisieren, steht von Wiznet mit der Serie Wiz Fi 2xx eine weitere Modulreihe zur Verfügung. Der Hauptunterschied besteht in der Baugröße, der Ausgangsleistung, einer anderen Wahlmöglichkeit bei den Schnittstellen und der kleineren Übertragungsrate. Die Grundidee besteht darin, über eine serielle Schnittstelle Wi-Fi-Anbindung zu einem bestehenden System  herzustellen. Hierzu wird die Firmware der µC-Zielapplikation minimal angepasst, um über einfache AT-Kommandos das Modul zu konfigurieren.

Als Betriebsart stehen DHCP oder statische IP-Adresse, TCP oder UDP, Server oder Client-Betrieb zur Verfügung. Ein implementiertes dynamisches Powermanagement ermöglicht eine Optimierung des Leistungsverbrauchs. Ein Betrieb als Access Point im 802.11 b/g/n Standard ist mit Datenraten von 11 Mbit/s nach 802.11 b möglich. Als Sicherheitsstandard kann auf WEP, WPA, WPA2-PSK zurückgegriffen werden.

Die Konfiguration erfolgt über seriell übertragene AT-Kommandos. Bild 6 zeigt auf, wie die AT-Strings aufgebaut sind, um beispielsweise einen Betrieb als Server in einem bestehenden Netz (SSID -> WizFiDemoAP), mit Verschlüsselung aufzusetzen. Um die Erstellung solch eines Skriptes zu vereinfachen, stellt Wiznet ein Tool zur Verfügung, mit welchem das Modul schrittweise konfiguriert bzw. ein lauffähiges Skript generiert werden kann. Das Modul steht in zwei Grundversionen, mit und ohne Booster, zur Verfügung.

Mit einem Speicherkommando lassen sich zwei verschiedene Konfigurationen in einem nichtflüchtigen Speicher ablegen. Über ein AT-Kommando kann solch eine Konfiguration geladen werden, wobei es möglich ist, zwischen zwei verschiedenen Betriebsarten umzuschalten. Über das Batteriemanagement lässt sich per Kommando die Leistungsaufnahme reduzieren. Dazu gehört auch die Möglichkeit die Ausgangsleistung zu verringern. Eine weitere Option besteht in der Wahlmöglichkeit der Antenne bzw. des Antennenanschlusses. Die Verbindung zu einer externen Antenne wird über eine Buchse, Bild 7a, oder Lötanschluss, Bild 7b, hergestellt. Alternativ dazu gibt es eine Modulvariante mit Onboard-Chipantenne (Bild 7c). Diese baulichen Unterschiede werden in unterschiedlichen Partnummern dargestellt.

Technisch bedingt, hängen die zu erzielenden Ergebnisse sehr stark von den HF-Bedingungen ab. Um sich hierüber einen Eindruck zu verschaffen, stehen im Internet, wie schon erwähnt, Tools zur Verfügung, die es erlauben, in Reichweite befindliche Wireless-Netwerke darzustellen. Mit solch einem Tool lassen sich aber auch sehr gut Untersuchungen bezüglich der empfangenen Feldstärken durchführen und somit optimalere Montageplätze finden.

Bei Tests wurde mit den Wiz Fi 2xx-Modulen über eine freie Sichtverbindung, je nach Antennenart, zwischen 200 und 600 m Reichweite erzielt. Bild 8 gibt einen Überblick darüber, wie es beim Autor in der näheren Nachbarschaft aussieht. Bei der letzten Zeile handelt es sich um das Wiznet-Modul, das hier ohne Verschlüsselung stand alone ohne angeschlossenes System lief. Bei den Messungen wurde ein Wiz Fi 220 mit Chipantenne herangezogen. Bei den beiden Pegelbildern Bild 9 handelt es sich oben um das Wiznet-Modul und unten um einen handelsüblichen Repeater. Bei einem Abstand von ca. 3 m kommen beide mit etwa -50 dBm Signal/Noise am Laptop an (Thinkpad).

Um dem Entwickler einen einfachen Einstieg zu ermöglichen, sind für das WIZ610wi und die WizFi2xx-Module Evaluierungsboards erhältlich. Bild 10 zeigt ein Evalboard für das Wiz Fi2xx-Modul.

Ausblick

Wie dargestellt, unterstützt das WIZ610, da es schon einige Jahre am Markt ist, noch kein 802.11 n. Diesem Umstand wird in Bälde mit einem neuen Modul WIZ630 Rechnung getragen werden, das im Sommer 2012 auf den Markt kommen wird.