Kommunikationstechnik Grüne Powerline

Spätestens mit der Standardisierung zu HomePlug AV und HomePlug AV2 hat sich dieser Powerline-Standard in der Vernetzung im Haushalt etabliert. Wenn die Datenrate nicht so sehr im Vordergrund steht, hilft Homeplug GP beim Senken des Energieverbrauchs.

Bei vielen Anwendungen stehen die Stromaufnahme und der Preis der Hardware im Vordergrund. Zu diesen Anwendungen zählen Smart-Grids und damit die Elektromobilität sowie die Hausautomatisierung. Speziell bei Letzterer kommt es darauf an, dass der Energieverbrauch und die Kosten pro »intelligentem« Knoten so gering wie möglich sind.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde der Standard »HomePlug Green PHY« (GP oder HPGP) ins Leben gerufen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Inter-operabilität von HomePlug AV, HomePlug AV2 und HomePlug GP. Da GP im sogenannten Robo-Modus arbeitet, der die einfachste Modulationsart des AV-Standards ist, können GP-basierte Geräte mit den vielen schon im Feld verwendeten AV-Adaptern kommunizieren.
HomePlug GP erreicht eine Datenrate von maximal 10 MBit/s. Damit lassen sich die meisten Gebäudeautomatisierungsaufgaben erledigen. Selbst eine komplexe Anwendung wie die Übertragung von Sprache ist damit möglich. Qualcomm bietet seit einem Jahr mit dem »QCA7000« einen HomePlug-GP-konformen Chip an. Mit ihm steht eine Single-Chip-Lösung zur Verfügung, die weitere Miniaturisierung ermöglicht. Mit dem QCA7000 lassen sich Anwendungen realisieren, die eine Leistungsaufnahme von 0,5 W unterbieten und dennoch Strecken von 300 m Leitungslänge überbrücken. Nutzt man konsequent die Stromsparmodi, sind anwendungsbezogen weitere Einsparungen in der Leistungsaufnahme realisierbar. Tatsächlich kommt GP heute bereits in den meisten Ladestationen für Elektromobile zum Einsatz. Damit ist ein erstes breites Einsatzgebiet geschaffen, das nahelegt, dass die Technik langfristig verfügbar sein wird.

Standardmodul als Integrationsbasis

Um den Entwicklungsaufwand für weitere Einsatzgebiete zu reduzieren, hat I2SE eine Platine namens »PLC-Stamp 1« entwickelt (siehe Anlaufbild), die alle Komponenten der Powerline-Kommunikation vereint. Damit können sich Entwickler voll auf die Schnittstelle zu ihrer Anwendung konzentrieren. Die Kopplung zu Kundensystemen kann per UART, CAN oder SPI erfolgen.
Da viele Anwendungen auf eigenen Protokollen beruhen, steht dem Anwender ein ARM-»Cortex-M4«-Controller von Freescale zur Verfügung. Das Programm entwickelt der Kunde und kann so neben seinem Protokoll weitere Anwendungsfunktionen auf dem Board realisieren. Im einfachsten Fall kann die Platine als Port-Weiterleitung über Powerline genutzt werden.

Der Cortex-M4 ist per SPI mit dem QCA7000 verbunden. Für diese Kommunikation stellt I2SE auf ihrer Webseite in einem frei zugänglichen Wiki Bibliotheken und Beispielanwendungen bereit. Auf diese Weise sollte die Realisierung einfacher Anwendungen mit Powerline-Kommunikation in wenigen Tagen gelingen.

Die Kommunikation nach dem HomePlug-Green-PHY-Standard erlaubt den Austausch von Protokollen auf verschiedenen Ebenen. Als Low-Level-Protokolle stehen dem Anwender sogenannte MMEs (Management Message Entries) zur Verfügung. Diese lassen sich auf MAC-Layer sowohl adressiert als auch als Broadcast versenden (Bild 1). Die High-Level-Kommunikation kann über alle TCP/IP-basierten Protokolle erfolgen (Bild 2). Sowohl für die Kommunikation per MME als auch per TCP/IP stehen Beispielanwendungen beziehungsweise Bibliotheken für Anwender bereit.

Über den Autor:

Carsten Ziermann ist Geschäftsführer von I2SE.