Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 3 Jahren

10-2016

  • Text
  • Komponenten
  • Technik
  • Radio
  • Filter
  • Oszillatoren
  • Quarze
  • Emv
  • Messtechnik
  • Bauelemente
  • Software
  • Frequency
  • Wireless
  • Antenna
  • Anwendungen
  • Antenne
  • Frequenzbereich
  • Circuit
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Wireless

Wireless Funktechnologien in IoT-Anwendungen Durch die zunehmende Anzahl von Applikationen, die mit dem Internet kommunizieren sollen, bekommen die verschiedenen Funktechnologien einen noch höheren Stellenwert als bislang. Stefan Koltes Business Development Manager Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH www.endrich.com Dieser Beitrag erläutert die verschiedenen Realisierungsmöglichkeiten und die zur Verfügung stehenden Übertragungs- Standards. Was unterscheidet eigentlich das IoT von M2M? Unter IoT versteht man allgemein die Möglichkeit, mit einem Smartphone oder Tablett-PC eine Applikation zu steuern. Hierbei handelt es sich jedoch de facto um eine M2M Anwendung (men to machine oder machine to machine). Hierbei kommen unter anderem die verschiedenen Bluetooth-Standards zum Einsatz, bei denen sich der Nutzer in näherer Umgebung der Applikation befinden muss. „Echtes“ IoT dagegen ist Fernwirkung bzw. Fernschaltung einer Applikation, wobei deren Intelligenz, wie nachfolgend gezeigt, vom Gerät in die Cloud wandert. Hier werden ein Funkprotokoll für das interne Netzwerk sowie eine Internetverbindung zur Nutzung der Cloud benötigt. Eine Alternative besteht darin, Sensoren via WiFi direkt mit der Cloud und deren Intelligenz kommunizieren zu lassen, eine weitere Möglichkeit für die interne Kommunikation wird von der Steuerung der Applikation selber realisiert. Hierbei werden die Sensoren mit einem proprietären Netzwerk im Sub- GHz-Bereich oder 2,4-GHz- Band mit der Steuerung vor Ort verbunden. Diese ist ihrerseits an das Internet angeschlossen und kann somit die Daten wie ein Gateway in die Cloud senden. Bei der ersten Alternative, dem Einsatz von WLan basierenden Sensoren, besteht der Mehrwert darin, dass der Sensor nur mit der beim Endkunden vorhandenen WiFi-Topologie, also dem Router, verbunden wird. Somit spart sich der Hersteller die Intelligenz der Steuerung im Gerät vor Ort und verschiebt diese gleich in die Cloud. Zu bedenken ist hierbei, dass beim Endkunden ein sehr hoher Traffic in Richtung WiFi-Router entsteht und dadurch Latenzzeiten auftreten. Außerdem müssen die eingesetzten WLan/WiFi-Module mindestens über den WiFi-Stack und das TCP/IP an Bord verfügen. Dies hat zur Folge, dass während des Sendevorgangs ein Strom von bis zu 430 mA vom Modul verlangt wird. Gerade bei einer batteriegetriebenen Sensorik wirkt sich das nachteilig auf die Lebensdauer aus. Aus diesen Gründen empfiehlt es sich, bei den Sensoren ein proprietäres Netzwerk an die Steuerung der Applikation anzubinden. Ein Beispiel im Sub-GHz- Band ist das RFTide-Netzwerk des Herstellers AUREL, das auf 868-MHz-Modulen basiert. Die Transceiver haben den Stack an Bord und lassen sich daher leicht implementieren. Für hohe Reichweiten bis zu 12 km sind zudem Tranceiver verfügbar, die auf der LoRa-Technologie basieren. 86 hf-praxis 10/2016

Wireless Um die Steuerung der Applikation bei einer vorhandenen WLan-Topologie als Gateway zu nutzen, empfiehlt sich der Einsatz eines intelligenten WLan-Moduls, beispielsweise des PAN9320 von Panasonic. Dieses Derivat verfügt über einen internen 32-bit-µC, auf dem der WiFi Stack, das TCP/ IP, ein Access point und weitere Funktionen bereits implementiert sind. Das Modul wird vom Host über ein UART angesprochen und ist gleichzeitig Master (Accesspoint) und Client. Diese Funktion ermöglicht es, die Steuerung als Client am vorhandenen Router anzubinden. So lassen sich auch eventuelle Servicearbeiten vor Ort von Spezialisten ausführen, ohne dass der Endkunde dem Servicespezialisten das WPA2-Passwort des Routers geben muss. Handelt es sich um eine mobile Applikation, die mit der Cloud kommunizieren soll, müssen Langstrecken- Funktechnologien als Gateway zum WorldWideWeb und der Cloud zum Einsatz kommen. Hier existieren verschiedene Standards von GSM/GPRS bis hin zu den Klassen des LTE, der 4. Generation. Nachfolgend eine kurze Bewertung der zur Verfügung stehenden Standards: GSM (Global System for Mobile Communication) mit einer Datenrate von maximal 86 Kbps im Download und 43 Kbps im Upload ist der etablierte Standard für industrielle Applikationen. Wegen der geringen Datenraten und der Befürchtung, dass die vier Frequenzen 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz in fünf bis zehn Jahren abgeschaltet werden, ist diese Technologie für Applikationen mit einer langen Lebensdauer aber nicht geeignet, denn der Feldeinsatz bei neuen Gerätegenerationen verlangt oft nach einer Langzeitverfügbarkeit von bis zu zehn Jahren. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) ist als Zwischenschritt zu LTE zu sehen. Diese Technologie ist, aufgrund ihrer Bandbreite und der mittlerweile sehr günstigen Preise der Module, die richtige Wahl, zudem sind die meisten Module zu GSM/GPRS rückwärts kompatibel. Allerdings müssen die Provider die Zellen dieser Technologie weiterhin pflegen, was jedoch nur sehr begrenzt der Fall ist. Es ist schon eine inoffizielle Tatsache, dass UMTS schneller dem LTE weichen wird, als GSM/GPRS. Dies ist unter anderem der Tatsache geschuldet, dass sich sehr viele Sicherheits-, Tracking- und Traceing- sowie Fernwartungsapplikationen des GPRS-Standards bedienen. Die LTE-Technologie zeichnet sich als die zukunftsträchtigste Lösung ab, jedoch ist sie ohne Fallback nicht kompatibel mit GSM/GPRS oder UMTS. Die Verbreitung in ländlichen Regionen ist zudem noch sehr gering, und die Preise liegen derzeit bis zum Faktor 8 höher als bei den GSM-Modulen. Verfügbare Derivate des CAT1 mit einer Datenrate von bis zu 21 Mbps im Download und 4,7 Mbps im Upload reichen heute oftmals aus. Der Nutzer muss hierbei entscheiden, ob der Schwerpunkt auf die Download- oder die Upload-Geschwindigkeit gelegt wird. Für sicherheitstechnische Applikationen, Messeinrichtungen und Industriesteuerungen ist nach jetzigen Erfahrungswerten der Upload die elementare Größe. In Anbetracht der Tatsache, dass in der Vergangenheit nur einige Bit, wie zum Beispiel bei der Übertragung von Temperaturen oder faktischen Zuständen übermittelt wurden und somit ein Upload von bis zu 42,8Kbps ausreichte, sprechen wir in der Zukunft über exorbitant höhere Datenraten. Diese stehen bei LTE CAT6 mit bis zu 300 Megabit pro Sekunde im Download und 50 Megabit pro Sekunde im Upload zur Verfügung. Ein besonders passendes Beispiel hierfür ist das Babyphone: Reichte es in der Vergangenheit aus, nur Töne zu übermitteln, werden heute ganze Videosequenzen und Sensordaten mit übertragen. Aus diesem Grund haben sich Hersteller wie Fibocom, der nach TS16949 zertifiziert ist, auf Module mit einer langen Lebensdauer der Standards von GSM bis LTE spezialisiert. Gerade bei IoT-Anwendungen findet eine rege Kommunikation zwischen der Cloud und der Industriesteuerung statt. Der Datendurchsatz beträgt ein Vielfaches. Der Weg für zukünftige Anwendungen führt daher wohl in Richtung LTE. Dies war nicht nur der Tenor des diesjährigen Wireless Congress in Barcelona, wo ein Unternehmen bereits Messgeräte für die 5. Generation vorstellte, sondern es zeigt sich auch in vielen Gesprächen mit Anwendern. hf-praxis 10/2016 87

Fachzeitschriften

12-2019
5-2019
11-2019
4-2019
4-2019

hf-praxis

11-2019
10-2019
9-2019
8-2019
7-2019
6-2019
5-2019
4-2019
3-2019
2-2019
1-2019
EF 2019-2020
Best_Of_2018
12-2018
11-2018
10-2018
9-2018
8-2018
7-2018
6-2018
5-2018
4-2018
3-2018
2-2018
1-2018
EF 2018/2019
12-2017
11-2017
10-2017
9-2017
8-2017
7-2017
6-2017
5-2017
4-2017
3-2017
2-2017
1-2017
EF 2017/2018
12-2016
11-2016
10-2016
9-2016
8-2016
7-2016
6-2016
5-2016
4-2016
3-2016
2-2016
1-2016
2016/2017
12-2015
11-2015
10-2015
9-2015
8-2015
7-2015
6-2015
5-2015
4-2015
3-2015
2-2015
1-2015
12-2014
11-2014
10-2014
9-2014
8-2014
7-2014
6-2014
5-2014
4-2014
2-2014
1-2014
12-2013
11-2013
10-2013
9-2013
8-2013
7-2013
6-2013
5-2013
4-2013
3-2013
2-2013
12-2012
11-2012
10-2012
9-2012
8-2012
7-2012
6-2012
4-2012
3-2012
2-2012
1-2012

PC & Industrie

EF 2020
12-2019
11-2019
10-2019
9-2019
1-2-2019
8-2019
7-2019
6-2019
5-2019
4-2019
3-2019
EF 2019
EF 2019
12-2018
11-2018
10-2018
9-2018
8-2018
7-2018
6-2018
5-2018
4-2018
3-2018
1-2-2018
EF 2018
EF 2018
12-2017
11-2017
10-2017
9-2017
8-2017
7-2017
6-2017
5-2017
4-2017
3-2017
1-2-2017
EF 2017
EF 2017
11-2016
10-2016
9-2016
8-2016
7-2016
6-2016
5-2016
4-2016
3-2016
2-2016
1-2016
EF 2016
EF 2016
12-2015
11-2015
10-2015
9-2015
8-2015
7-2015
6-2015
5-2015
4-2015
3-2015
2-2015
1-2015
EF 2015
EF 2015
11-2014
9-2014
8-2014
7-2014
6-2014
5-2014
4-2014
3-2014
2-2014
1-2014
EF 2014
12-2013
11-2013
10-2013
9-2013
8-2013
7-2013
6-2013
5-2013
4-2013
3-2013
2-2013
1-2013
12-2012
11-2012
10-2012
9-2012
8-2012
7-2012
6-2012
5-2012
4-2012
3-2012
2-2012
1-2012

meditronic-journal

4-2019
3-2019
2-2019
1-2019
5-2018
4-2018
3-2018
2-2018
1-2018
4-2017
3-2017
2-2017
1-2017
4-2016
3-2016
2-2016
1-2016
4-2015
3-2015
2-2015
1-2015
4-2014
3-2014
2-2014
1-2014
4-2013
3-2013
2-2013
1-2013
4-2012
3-2012
2-2012
1-2012

electronic fab

4-2019
3-2019
2-2019
1-2019
4-2018
3-2018
2-2018
1-2018
4-2017
3-2017
2-2017
1-2017
4-2016
3-2016
2-2016
1-2016
4-2015
3-2015
2-2015
1-2015
4-2014
3-2014
2-2014
1-2014
4-2013
3-2013
2-2013
1-2013
4-2012
3-2012
2-2012
1-2012

Haus und Elektronik

4-2019
3-2019
2-2019
1-2019
4-2018
3-2018
2-2018
1-2018
4-2017
3-2017
2-2017
1-2017
4-2016
3-2016
2-2016
1-2016
4-2015
3-2015
2-2015
1-2015
4-2014
3-2014
2-2014
1/2014
4-2013
3-2013
2-2013
1-2013
4-2012
3-2012
2-2012
1-2012

Mediadaten

2020 - deutsch
2020 - english
2020 - deutsch
2020 - english
2020 - deutsch
2020 - english
2020 - deutsch
2020 - english
2020 - deutsch
2020 - english
2019 deutsch
2019 english
2019 deutsch
2019 english
2019 deutsch
2019 english
2019 deutsch
2019 english
2019 deutsch
2019 english
© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel