Wie wir in Zukunft leben Sensornetze für die Smart City

Sensoren sind Augen und Ohren künftiger Smart Cities. Kommunikationsnetze werden nach Dr. Ahmad Bahai, Technikchef bei Texas Instruments und Direktor des TI Corporate Research, Kilby Labs, zum zentralen Nervensystem. Mit Sensornetzwerken können sich Städte zu effizienten Dienstleistern entwickeln.

Bereits jetzt sind Städte auf Netzwerke angewiesen – sei es für die Steuerung des Verkehrsflusses, die Energieversorgung, die Kommunikation oder unzählige weitere Funktionen. Die intelligente Stadt der Zukunft wird diese Netzwerke weiter aufwerten, um betriebliche Verbesserungen zu erzielen sowie Geld und Energie zu sparen.

 

Die gleichen Techniken, die in automatisierten Fabriken und Smart Homes eingesetzt werden – in der Sensorik, zur Signalaufbereitung, für die Kommunikation und zur Datenverarbeitung – werden auch dazu beitragen, Städte auf bahnbrechende, noch vor wenigen Jahren unvorstellbare Weise zu vernetzen und zu automatisieren [1].

Die im Bild dargestellte Grafik gibt den Ausgangspunkt der interaktiven Grafik von Dr. Bahai zu Smart Cities wieder. Folgen Sie dem Link unter dem Bild und erfahren Sie mehr.

Halbleiterhersteller wie Texas Instruments haben bereits heute die Bausteine im Programm, die zum Realisieren zukünftiger Smart Cities benötigt werden.

Einige Beispiele für Referenzdesigns, mit denen Entwickler schnell funktionsfähige Prototypen bauen können:

  • Das Referenzdesign „Sensorless High-Speed FOC Reference Design for Drone Electronic Speed Control” [2] mit Vektorregelung ermöglicht die Entwicklung von Drohnen, die weniger Energie benötigen und folglich bei gleicher Akkukapazität länger in der Luft bleiben können, sich außerdem dynamischer Verhalten können und deren Leistungsfähigkeit über einen weiten Ladezustandsbereich des Akkus gleichmäßig bleibt.
  • Mit dem Referenzdesign „Wi-Fi-Enabled Electronic Vehicle Service Equipment“ [3] lässt sich eine WLAN-Schnittstelle in ein Ladegerät integrieren. Es basiert auf dem SimpleLink WiFi Wireless Network Processor CC3100 [4] und ermöglicht Funktionen zur Überwachung der Stromversorgung und die Kontrolle des Ladezustands in Elektrofahrzeugen.
  • Auf der Basis eines Radarsensor-SoCs IWR1642 [5] arbeitet das Referenzdesign „Traffic Monitoring Object Detection and Tracking“ [6]. Damit lassen sich Sensorsysteme realisieren, die über eine Distanz von 5 bis 70 m hinweg Objekte detektieren sollen, z.B. zur Verkehrsüberwachung. Das Referenzdesign arbeitet im Bereich 76 bis 77 GHz mit einem Sichtfeld von 90 bis 100 ° und ermöglicht Objekte zu erfassen, zu lokalisieren und zu verfolgen.

Literatur

[1] Adzan, M.; Singh, A.; Mannesson, H.: Cities grow smarter through innovative semiconductor technologies. Texas Instruments, Whitepaper, Juli 2017, www.ti.com/lit/wp/sszy031/sszy031.pdf.

[2] High-Speed Sensorless-FOC Reference Design for Drone ESCs. Texas Instruments, TI Designs, Dezember 2016, www.ti.com/lit/ug/tiducf1/tiducf1.pdf.

[3] Wi-Fi Enabled Level 1 and Level 2 Electric Vehicle Service Equipment Reference Design. . Texas Instruments, TI Designs, August 2016, www.ti.com/lit/ug/tidubv2/tidubv2.pdf.

[4] CC3100 SimpleLink Wi-Fi Network Processor, Internet-of-Things Solution for MCU Applications. Texas Instruments, Datenblatt, Februar 2015, www.ti.com/lit/ds/symlink/cc3100.pdf.

[5] IWR1642 Single-Chip 76- to 81-GHz mmWave Sensor. Texas Instruments, Datenblatt, August 2017, www.ti.com/lit/ds/swrs212a/swrs212a.pdf.

[6] Traffic Monitoring Object Detection and Tracking Reference Design Using Single-Chip mmWave Radar Sensor. Texas Instruments, TI Designs, Mai 2017, www.ti.com/lit/ug/tidud31/tidud31.pdf.

Der Autor

Dr. Ahmad Bahai

ist Cheftechnologe im Vorstand von Texas Instruments sowie Direktor von TI Corporate Research, Kilby Labs, beratender Professor an der Stanford University und IEEE Fellow. Er leitete zuvor als CTO bei National Semiconductor die Forschungslabors. Bis 1997 war Dr. Bahai bei den Bell Laboratories als technischer Leiter der Forschungsgruppe für Kommunikationstechnik und Signalverarbeitung zuständig und war Professor auf Zeit an der University of California, Berkeley. Später gründete er die Firma Algorex, ein IC-Entwicklungsunternehmen spezialisiert auf Kommunikationstechnik und Akustik, das von National Semiconductor gekauft wurde. Dr. Bahai ist Miterfinder der Multiträger-Modulation mit Frequenzspreizung, die in vielen modernen Kommunikationssystemen, wie 4G-Mobilfunk und Power-Line verwendet wird. Er verfasste 1999 das erste Lehrbuch zum Orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (OFDM), arbeitete fünf Jahre als Redakteur für IEEE-Zeitschriften und engagierte sich bis 2011 im technischen Lenkungsausschuss der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC).

Dr. Bahai hat mehr als 80 IEEE-/IEE-Publikationen veröffentlicht und hält 38 Patente. Seinem Elektrotechnikstudium (Master of Science) am Imperial College, University of London, folgte die Promotion (Ph.D.), ebenfalls in Elektrotechnik, durch die University of California in Berkeley.