elektro AUTOMATION 09.2019

DATA & COMMUNICATION
TRENDS
Low Power Wide Area Network
Viele Experten sind sich sicher, dass neben 5G vor allem den
0G-Netzen die Zukunft gehört. Sie bieten sich als Alternative gerade
im industriellen Umfeld zur Realisierung von Industrie-4.0-Applikationen
an und sind zum Teil bereits heute verfügbar. Diese Funknetze
sind für Anwendungen ausgelegt, bei denen die Übertragung
großer Datenmengen nicht im Vordergrund steht. Es vielmehr um
beschränkte Daten, größere Entfernungen sowie eine lange Laufzeit
der Batterien. Vornehmliches Ziel ist die Übertragung von Sensor-
und Produktionsdaten von wenigen Byte. Neben Smart City
oder Smart Farming sind Applikationen im Industrieumfeld denkbar.
LoRaWAN als Low Power Wide Area Network LPWAN wurde für
die Kommunikation drahtloser batteriebetriebene Systeme entwickelt
und erfüllt die Anforderungen des Internets der Dinge. Es bietet
eine sichere bidirektionale Kommunikation und ermöglicht Lokalisierung
und Mobilität verschiedenster Dienstleistungen.
Auf der Übertragungsschicht kommt das Funkprotokoll LoRa europaweit
bei 868 MHz zum Einsatz. Möglich ist dabei auch eine Multicast-Kommunikation
von Nachrichten. Dabei verteilt sich die Kommunikation
zwischen den Gateways und den Endgeräten auf unterschiedliche
Datenraten und Frequenzkanäle. Typische LoRaWAN-
Datenraten reichen von 0,3 kbps bis hin zu 50 kbps. Ziel ist eine Maximierung
von Batterielebensdauer der Endgeräte und der Netzwerkkapazität.
Verschiedene Konzepte internationaler Anbieter und
Communities basieren auf dieser Technologie. So ist die Initiative
The Things Network in den Niederlanden gestartet, wo die Abdeckung
nahezu 100 % beträgt. In Deutschland sind es vor allem größere
Städte, die eigene Lösungen und Gateways betreiben. Gebündelt
werden alle Aktivitäten bei der LoRa Alliance, einer unabhängigen
und nicht kommerziellen Organisation. Ziel ist, „die Verbreitung
des Long-Range-WAN-Protokolls (LoRaWAN) zur Etablierung als zukünftigen
globalen Standard voran zu treiben, sodass ganze Regionen
bis hin zu kompletten Ländern mit nur wenigen Basisstationen
abgedeckt werden können und so eine flächendeckende Verfügbarkeit
von LoRaWAN erreicht werden kann.“
Sigfox in 60 Ländern vertreten
Auch das offene Funkprotokoll des 0G-Netzes von Sigfox nutzt den
Frequenzbereich bei 868 MHz. Begonnen hat das Unternehmen in
Frankreich, kann jedoch mittlerweile in Deutschland mit knapp 85 %
eine gute Abdeckung vorweisen. Das Netzwerk und die Technologie
des Unternehmens fokussieren sich auf die Verbindung vieler kostengünstiger,
langlebiger Geräte, die im Gegensatz zu lokal aufgebauten
privaten Netzen in 60 Ländern weltweit ohne Roaminggebühren
verfügbar sind. Auch Sigfox hat angekündigt, noch dieses
Jahr Sateliten in den Erdumlauf zu bringen (Ausführlich in Ausgabe 8
von elektro Automation bzw. unter http://hier.pro/3A1nI).
Ingenu arbeitet im 2,4-GHz-Bereich
Ebenfalls im Bereich 868 MHz arbeitet die Lösung von Ingenu. Die
RPMA-Technologie ist auf geringe Kosten bei hoher Konnektivität
ausgelegt. Gemeinsam mit Partnern ist es das Ziel des Unternehmens,
die Technologie auch über globale Satellitenbetreiber verfügbar
zu machen, um Anwendungen wie Öl, Bergbau, Schifffahrt und
Landwirtschaft zu ermöglichen. „Der Markt ist geprägt von Implementierungen
durch LoRa und Sigfox sowie von Mobilfunkbetreibern
durch NB-IoT und LTE. Problem ist, dass die Kosten für die Implementierung
dieser Lösungen viel höher und die Abdeckung bisher
begrenzt ist. Ingenu hat einen Nischenmarkt gefunden, in dem
LTE-M- und NB-IoT-Kombi-Modul für IoT-Applikationen
weder LoRa, Sigfox noch Mobilfunkbetreiber konkurrieren können“,
erklärt Alvaro Gazzolo, Präsident und COO von Ingenu in San Diego.
Der RPMA Access Points kann über tausend Nachrichten gleichzeitig
empfangen, mittels API kann über REST kommuniziert werden.
nWave als Alternative zu Sigfox und LoRa
Die nWave-Technologie sieht sich im direkten Wettbewerb zu Sigfox
und LoRa und wurde für intelligente Parklösungen entwickelt. nWave
ist einer von mehreren offenen Standards für Low Power WANs
(LPWAN), das in den Sub-GHz-Frequenzen von 433 MHz und 868
MHz (EU) sendet. Die Ultra-Schmalband-Übertragung hat den Vorteil
des geringen Energieverbrauchs gegenüber anderen Modulationsverfahren.
Wie die anderen LPWANs auch, wurde nWave für
das Internet of Things (IoT) und die Machine to Machine Communication
(M2M) entwickelt. nWave wird von der Special Interest
Group (SIG) gefördert und weiterentwickelt. Die Sendeleistung der
Funkmodule liegt zwischen 25 und 100 mW. Es sind Entfernungen
zwischen 5 km und 10 km möglich, die Datenrate liegt für den
Uplink bei 100 bit/s.
IoT-Funk-Lösung von Fraunhofer
MIOTY ist eine drahtlose IoT-Technologie des Fraunhofer Instituts
für Integrierte Schaltungen in Nürnberg. Durch die effiziente Kanalcodierung
erhöht sich die Reichweite von MIOTY gegenüber Standard-Funksystemen
bei 868 MHz um bis zu Faktor 10. Die geringe
Eigenstörung ermöglicht es dem System über 1 Millionen Sender
gleichzeitig mit nur einer Basisstation zu empfangen. Die Sender basieren
auf kostengünstigen kommerziellen Funkchips von beispielsweise
Texas Instruments oder Silican Labs und haben eine geringe
Baugröße sowie lange Batterielaufzeiten.
Wi-SUN-Allianz
Die Wi-SUN Alliance wurde als Konsortium von 60 Unternehmen
gegründet, um auf der Basis des IEEE-Standards 802.15.4 industrielle
Produkte zu entwickeln. IEEE 802.15.4 beschreibt ein Übertragungsprotokoll
für Wireless Personal Area Networks (WPAN) und
definiert die untersten Schichten des OSI-Modells. Die höheren Protokollebenen,
in denen Routing und Anwendungsschnittstelle definiert
werden, werden durch andere Standards beschrieben.
Weitere Details zur 5G ACIA:
hier.pro/IVOFF
INFO
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Bild: Rutronik
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