Eckdaten

Im Dschungel der drahtlosen Datenübertragung werden sehr viele verschiedene Lösungen für unterschiedlichste Anforderungen und Applikationen angeboten. Gerade im Bereich der Embedded-Lösungen stellt die ARM-Architektur mit ihrem auf Funklösungen ausgerichteten Ökosystem eine zuverlässige robuste und langzeitverfügbare Plattform für die Zukunft dar.

In fast jedem zweiten Gerät sind Funklösungen für eine kabellose Datenübertragung oder zur Kommunikation ein Thema. Zu übertragende Datenmengen und die verfügbare Umgebung sind die Rahmenbedingungen. Die Entscheidung für den passenden Standard ist dadurch meist schnell gefällt. In Verbindung mit Embedded-Modulen kommt am häufigsten Wi-Fi (WLAN), gefolgt von Bluetooth und UMTS/GSM zum Einsatz. Es gibt jedoch noch zahlreiche weitere Funkstandards. Tabelle 1 bietet hierzu einen Kurzüberblick.

Ein Beispiel für einen modularen IoT-Gateway mit mehreren Funkstandards wie WLAN/Bluetooth, UMTS/GSM sowie Lorawan/Sigfox ist die ABox-6ULx.

Ein Beispiel für einen modularen IoT-Gateway mit mehreren Funkstandards wie WLAN/Bluetooth, UMTS/GSM sowie Lorawan/Sigfox ist die ABox-6ULx. TQ-Systems

Bei der Wahl der richtigen Funklösung ist ein leistungsstärkerer Standard nicht immer empfehlenswert. Anwendungen können mehrfach von einer Passgenauigkeit in Bezug auf Reichweite und Frequenz profitieren.

Bei der Wahl der richtigen Funklösung ist ein leistungsstärkerer Standard nicht immer empfehlenswert. Anwendungen können mehrfach von einer Passgenauigkeit in Bezug auf Reichweite und Frequenz profitieren. istockphoto/exdez

Aufgrund der Verbreitung und des bereits umfangreichen Ökosystems ist ein WLAN mit 2,4 GHz meist eine beliebte Wahl. Hier kann der Anwender zwischen einer sehr großen Anzahl von bereits vorzertifizierten Funkmodulen unterschiedlicher Hersteller wählen. Auf die Zertifizierung ist bei der Auswahl ein besonderes Augenmerk zu legen. Wesentliche Faktoren, auf die man achten sollte, sind vorhandene Länderzulassungen – auch von internen und externen Antennen –, erhältliche Treiber für die benötigten Funktionen sowie generell die langfristige Verfügbarkeit. Reicht die Übertragungsbandbreite nicht aus, gibt es den 5-GHz-Standard. Die Reichweite ist gegenüber 2,4 GHz etwas kürzer, jedoch kann dieser Standard ein Vielfaches der Datenmenge übertragen. Zudem ist die Störanfälligkeit deutlich besser. Bei WLAN kann der Anwender auf mehrere Verschlüsselungsverfahren zurückgreifen, um ein System sicherer zu gestalten.

Auf Störanfälligkeit achten

Bluetooth ist neben Wi-Fi (WLAN) eine der kabellosen Übertragungslösungen, die im lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) auf 2,4 GHz sendet. Bei der gleichzeitigen Verwendung von mehreren Standards ist es wichtig, auf die Störanfälligkeit zu achten. Insgesamt gibt es bei Bluetooth drei Klassen. Klasse 3 findet im industriellen Umfeld aufgrund der begrenzten Reichweite von zirka einem Meter so gut wie keinen Einsatz. Als relativ sicher gilt dieser Standard nur, wenn eine mehrstufige Schlüsselvergabe angewendet wird.

Neben Anwendungen in der Medizin und zur Erfassung von Sensordaten in Steuerungsanlagen findet Zigbee seinen Einsatz vorwiegend in der Licht- und Gerätesteuerung in Wohngebäuden sowie in intelligenten Haushaltsgeräten wie etwa Kaffee- und Waschmaschinen. Bei Zigbee gibt es ebenfalls Möglichkeiten, die Übertragung einigermaßen sicher zu gestalten. Ob diese den Projektanforderungen genügen, sollte im Vorfeld geprüft werden.

Z-Wave ist eine kabellose Übertragungstechnik, die vorwiegend in der Gebäudeautomatisierung benutzt wird. Ein Zusammenschluss von Herstellern und Dienstleistern hat diesen Funkstandard ins Leben gerufen, um unabhängig solche störungsfreien Lösungen zu realisieren. Ein großer Vorteil ist die Vereinheitlichung der Anwenderebene und die Interoperabilität aller auf dem Markt angebotenen Geräte. Um ein neues Gerät mit Z-Wave-Funktion auf den Markt zu bringen, muss eine Zertifizierung nach diesem Standard vorliegen. Er stellt sicher, dass alle Pflichtfunktionen je nach Geräteklasse den Vorgaben entsprechen.

Ohne zusätzliche Stromversorgung

Ein weiterer Funkstandard in der Gebäudeautomatisierung ist die Enocean-Technologie. Der Unterschied zu Zigbee und Z-Wave liegt darin, dass die Sensoren und Sender ohne zusätzliche Stromversorgung auskommen. Die benötigte Energie zum Senden von kurzen Funksignalen und Datenpaketen gewinnen sogenannte Nanogeneratoren. Diese Technologie ist auch bekannt als Energy Harvesting.

Die meisten Geräte und Systeme, die in IoT- und Industrie-4.0-Anwendungen verwendet werden, benötigen aufgrund der geringen zu übertragenden Datenmengen auch nur eine geringe Bandbreite. Herkömmliche Mobilfunksysteme und drahtlose Funkverbindungen sind daher für die meisten Anwendungen oftmals zu komplex, zu teuer und verbrauchen zu viel Strom. Basierend auf diesen Anforderungen gewinnen immer mehr einfachere Standards an Bedeutung. Zwei davon sind Lorawan und Sigfox.

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