elektro AUTOMATION 09.2019

TRENDS
DATA & COMMUNICATION
„In Kooperation mit
RAG wurde ein
Deutschland-weites
Monitoring-System zur
Überwachung von altbergbaulichen
Schächten
konzipiert und aufgebaut.“
„Ein MIOTY-Sensornetzwerk
besteht aus
einfachen, kostengünstigen
Sensorknoten
und einer leistungsfähigen
Basis -
station.“
Bild: TH Georg Agricola
Prof. Dr.-Ing. Bernd vom Berg,
Technische Hochschule Georg
Agricola in Bochum
Bild: Fraunhofer IIS
René Dünkler, Marketing, Fraun -
hofer-Institut IIS in Nürnberg
nannten Maker-Boards unterstützen solche Eigenentwicklungen, zumal
das Sigfox-Protokoll mittlerweile auch offen gelegt worden ist.
Selbstverständlich existieren auch Lösungen mit Kombinationen
aus WLAN-, BLE-, GPS-und GSM-Einheiten und damit erreicht man
eine extrem hohe Flexibilität im jeweiligen Einsatz. Alle Sigfox-Station
lassen sich mit wenigen menügeführten Mausklicks im Netzwerk
anmelden und sind sofort betriebsbereit. Die Kosten für die
Nutzung des Netzwerkes werden pro Station und pro Jahr abgerechnet.
Hierbei ist je nach Anzahl der eingesetzten Einheiten mit
geringen Beträgen zu rechnen. Das Uplink-Nutzdatenfeld im Telegramm
einer Sensor/Aktor-Station ist 12 Byte groß. Das ist für eine
Vielzahl von Anwendungen mehr als ausreichend.
Dünkler: Das technische Fundament der MIOTY-Technologie bildet
ein asymmetrisches Übertragungsverfahren in einer Netzkonfiguration
mit vielen einfachen energiearm betriebenen Endgeräten sowie
einer Basisstation mit einem leistungsfähigen Empfänger. Hierbei
sorgt die gezielte Telegrammaufteilung (Splitting) für eine überragende
Robustheit gegenüber großen Störern in einem stark genutzten
Frequenzspektrum und gewährleistet eine Datenübertragung
vom Endgerät zur Basisstation mit außerordentlich hoher Übertragungssicherheit.
Weitere Vorteile für den Endkunden ergeben sich
durch die minimierte Komplexität bei der Installation, niedrige Infrastrukturkosten
sowie die Möglichkeit, die Technologie als privates
Netzwerk zu nutzen. Zudem zeichnet sich die Technologie durch ihre
ausgeprägte Energieeffizienz aus. Wie die meisten LPWAN-Systeme
arbeitet auch die MIOTY-Technologie im lizenzfreien Sub-GHz-
Frequenzspektrum, in sogenannten ISM- (Industrial, Scientific and
Medical) oder SRD- (Short Range Devices) Bändern. Das MIOTY-
Protokoll überträgt in diesen Bändern mit Bandbreiten von 100 KHz
bis 1,5 MHz. Der Vorteil dieser Bänder ist, dass dort ohne Lizenzgebühren
übertragen werden kann. Dies macht die ISM-/SRD-Bänder
auch für andere Anwendungen attraktiv. Durch die Nutzung des patentierten
Telegram-Splittings kann die Netzwerkkapazität gegenüber
LPWANs ohne Splitting extrem gesteigert werden. So können
MIOTY-Netzwerke Millionen unabhängige Endgeräte (Endknoten)
mit einer Basisstation verbinden und trotzdem die Koexistenz mit
anderen Funksystemen gewährleisten.
Wosylus: Der Aufwand ist von der Komplexität des Projektes abhängig.
Das beginnt bei einfachen Temperatursensoren und kann
bis zu 0G-Massenapplikationen mit einer komplexen Cloudlösung,
Blockchain und automatischer Abrechnung der Nutzung einer Maschine
reichen. Bei DHL haben wir beispielsweise mit Alps als
EDM-Dienstleister zusammengearbeitet, da es hier um hunderttausende
Devices geht. Die Software in der Cloud hat DHL selbst entwickelt.
Eine Sigfox-0G-Basisstation kann bis zu 1 Million Devices
verwalten. Das kann keine 3G-, 4G- oder 5G-Basisstation. Die Reichweite
von Sigfox-Devices etwa 3 km bei dichter Bebauung. Wichtig
ist die Netzabdeckung, weil man Devices nur da einsetzen kann, wo
sie gegeben ist. Bei Sigfox ist die Netzabdeckung in Deutschland
weit fortgeschritten; bei Outoor-Applikationen etwa 85 % (Indoor
über 55 %). Einzig im Deep-Indoor-Bereich – z.B. in unterirdischen
Wasserversorgungsnetzen – müssen Repeater eingesetzt werden.
Jedes Device hat eine ID, eine SIM-Karte wird nicht benötigt. Das
erleichtert die Inbetriebnahme und das Management. Abgerechnet
wird mit dem Devicehersteller, und dieser erhält von Sigfox einen
zur Applikation passenden Volumentarif ohne jegliche Roaminggebühr.
Dieser startet ab rund 1 Euro pro Jahr und beinhaltet rund
52.000 Nachrichten.
Trösch: Bei der Entwicklung von Applikationen ist der Aufwand zur
Integration von Sigfox-Geräten gering und erfolgt im Wesentlichen
durch die Anbindung an das Backend. Die Herausforderung liegt auf
der nachfolgenden Verarbeitung und Aufbereitung der Daten von beliebig
vielen Geräten zu den jeweiligen Prozess-Daten. Hierfür ist
ein effizientes und performantes Data- und Device-Management erforderlich,
sowie Funktionalitäten in der Software, um aus den Rohdaten
der Sensoren die wertschöpfenden Prozessdaten zu generieren
und bereitzustellen. Hierauf liegt auch der Haupt-Augenmerk
unserer Entwicklung. Sensoren werden bei der Montage an das jeweilige
Asset automatisch im Netzwerk aktiviert und sind dann sofort
in unserer Software verfügbar. Von dieser Einfachheit profitieren
direkt auch unsere Kunden – durch geringen Handlings-Aufwand.
elektro AUTOMATION: Für den Zugriff auf Unternehmensdaten
an internationalen Standorten ist eine internationale Netzwerkabdeckung
erforderlich. Wie steht es um die Verfügbarkeit?
Beecher: Auch große Datenmengen können unterstützt werden. So
erfordern Smart-Meter-Netzwerke typischerweise Zählerleseintervalle
von weniger als 10 Minuten: Tepco beispielsweise verwaltet
ca. 60 Millionen Zählerstände pro Stunde. Da Zuverlässigkeit auch in
einem Smart-Meter-Netzwerk entscheidend ist, verwendet Wi-SUN
globale Standards für die Kommunikationstechnologie und kann so
auch auf globalen Support zurückgreifen.
20 elektro AUTOMATION 09 2019