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Laufzeitanalyse batteriebetriebener Smart-Home-Geräte

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Gültigkeit für verschiedene Smart-Home-Technologien

Im Vergleich der verschiedenen Smart-Home-Technologien fällt auf, dass die gemachte Beobachtung allgemein gilt. Im realen Szenario treten Fälle auf, in denen mehr Energie benötigt wird als dies im Labor durch eine kurze Betrachtung ermittelt wurde.

Dazu sind in den Bildern 6a und b die Messung von RWE und Z-Wave gegenübergestellt. Die Streuung der Leistungsaufnahme einzelner Ereignisse lässt sich auf unterschiedliche Ursachen zurückführen, etwa

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  • Störungen in der Kommunikation
  • Ereignisse in schneller Abfolge ohne Rückkehr in Standby
  • Statusnachrichten haben anderes Energieschema als Nachrichten von Ereignissen

Unter der Annahme, dass die gesamte Kapazität der Batterie entnommen werden kann und kein Ruhestrom fließt, ist in Bild 7 die Anzahl der möglichen Ereignisse für die untersuchten Systeme gegenübergestellt. Das Smart-Home-System von RWE und das Homematic liegen in etwa gleich auf.

Das System mit Z-Wave-Funkschnittstelle erreicht eine deutlich höhere Anzahl an Ereignissen. Dies sieht auf den ersten Blick positiv aus, relativiert sich aber dadurch, dass in der untersuchten Konfiguration im Fünf-Minuten-Takt zusätzliche Nachrichten verschickt wurden. Die Lebensdaueranalyse (Bild 8) zeigt, dass diese Nachrichten einen Großteil der Energie verbrauchen. Eine Lebensdauer über ein Jahr ist kaum zu erwarten.

Zusammenfassung zur Lebensdauer der Systeme

Die von den Herstellern verwendeten Ansätze zur Abschätzung der Lebensdauer sind in realen Szenarien nicht sinnvoll. In der Realität treten Effekte auf, die in einer Labormessung nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand beobachtet werden können, etwa die Streuung der Energieverbräuche bei eigentlich identischen Paketen in Bild 4 und Bild 6.

Mit erhöhter Komplexität des eingesetzten Funkprotokolls, etwa durch Routing oder rückbestätigte Pakete, wird eine Vorhersage der Energieverbräuche schwierig. Für eine realistische Abschätzung der Lebensdauer muss ein Test in der Realität erfolgen. Eine Kontrolle zur Einsatzfähigkeit der einzelnen Geräte durch den Nutzer ist notwendig.

Literaturhinweise:

[1] Mathias Jensen. SWRA349: Coin Cells at peak current draw, Texas Instruments, 2010

[2] Christian Roßberg, Luis Lutnyk, Christian Pätz, Ulrich Heinkel. Werkzeug für die Messung der Leistungsaufnahme leistungsarmer Geräte, DASS 2014, 29 to 30. April 2014, Dresden, Fraunhofer Verlag, ISBN 978-3-8396-0738-1

* Prof. Dr.-Ing. Christian Pätz, Christian Rossberg arbeiten an der TU Chemnitz

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