Vernetzung

Wireless Networking für das Zeitalter des Internets der Dinge

| Autor / Redakteur: David Egan * / Franz Graser

Bild 1: Knotentypen im Thread-Netzwerk (weiß: Endgerät, orange: Router, blau: Leader)
Bild 1: Knotentypen im Thread-Netzwerk (weiß: Endgerät, orange: Router, blau: Leader) (Bilder: Silicon Labs)

Das Internet der Dinge (IoT) kann von einem Funk-Kommunikationsprotokoll profitieren, das die native IP-Adressierbarkeit, Mesh Networking und geringen Stromverbrauch kombiniert.

In vernetzten Haushalten (Connected Home) finden sich heute eine Vielzahl von Wireless-/Funk-Kommunikationsstandards, um Einrichtungen wie Computer, Mobilgeräte, Media Player und Drucker miteinander zu verbinden. Bis jetzt ist WiFi die Grundlage aller Heim-Netzwerke, vor allem wenn es um digitale Inhalte geht. Haus- und Wohnungsbesitzer gehen nun den nächsten Schritt und wollen mehr Komfort, Lebensqualität und Energieeffizienz in ihren eigenen vier Wänden.

Vernetzte Heizungsregler, Lichtsensoren, Schalter und Sicherheitsdetektoren werden im gesamten Haus installiert und sind mit dem Internet verbunden. Das Internet der Dinge (IoT) nimmt Einzug in das vernetzte Heim.

Wie viele andere IoT-Einrichtungen müssen auch die Sensoren und Aktoren im vernetzten Heim äußerst stromsparend sein. Sie sollen mehrere Jahre mit einer kleinen Batterie auskommen und müssen hohe Anforderungen in Sachen Rechenleistung, Speicher und Baugröße erfüllen. Die Wahl des Funkstandards bestimmt dann, ob alle Leistungs- und Verbindungsanforderungen erfüllt werden.

Standards für die Funkanbindung

Die heute etablierten Funktechniken erfordern Kompromisse bei der Vernetzung von „Dingen“ im Haus und zum Internet. Obwohl WiFi einen hohen Durchsatz beim Transport von Audio, Video und Daten zuhause garantiert, ist der Stromverbrauch für kleine batteriebetriebene Geräte dafür zu hoch. Andererseits erlaubt nativer Support für das Internet-Protokoll (IP) eine einfache und unkomplizierte Anbindung an das Internet.

Im Gegensatz dazu weist Bluetooth® Smart einen sehr geringen Stromverbrauch auf, wurde aber als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und für den Transfer großer Datenmengen zwischen Smartphones und Zubehör konzipiert. Die neueste Bluetooth-Core-Spezifikation 4.2 bietet eine Grundlage für native IP-Anbindung in der Zukunft, indem IPv6 und 6LoWPAN unterstützt werden.

Stromsparende Mesh-Netzwerke, die IEEE 802.15.4 als Funkplattform nutzen, sind für Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen mit geringer Bandbreite ausgelegt. ZigBee® PRO ist seit über einem Jahrzehnt das dominierende Protokoll und eignet sich zur Vernetzung Hunderter von Sensoren und Aktoren im ganzen Haus. ZigBee-PRO-Netzwerke können mit Datenraten bis zu 250 KBit/s kommunizieren. Der Stromverbrauch ist so gering, dass eine Batterie den Betrieb mehrere Jahre aufrecht erhalten kann. Allerdings bietet ZigBee PRO keinen nativen IP-Support.

Eine neue IP-basierte Mesh-Netzwerktechnik steht jetzt zur Verfügung: das Thread-Protokoll erfüllt die speziellen Anforderungen vernetzter Heimanwendungen und überwindet die Einschränkungen derzeitiger Funkstandards. Die Spezifikation wurde im April 2015 von der Thread Group veröffentlicht, die sich aus führenden Halbleiter- und Consumerelektronik-Herstellern sowie Anbietern von Connected-Home-Produkten zusammensetzt.

Wie ZigBee PRO nutzt Thread die IEEE-802.15.4-Funkplattform. Im Gegensatz zu ZigBee PRO bietet es jedoch native IP-Adressierbarkeit. Der geringe Stromverbrauch des Thread-Protokolls und das robuste, selbstheilende Mesh-Netzwerk sind Funktionen, die weder WiFi noch Bluetooth Smart bieten können. Die Tabelle auf der übernächsten Seite vergleicht zentrale Funktionen von WiFi, Bluetooth Smart, ZigBee PRO und Thread.

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