ZigBee für drahtlose Sensornetze

Die ZigBee-Alliance will ihren Funkstandard nun auch für den Einsatz in Energy-Harvesting-Sensoren optimieren. Bis Ende 2009 will die Allianz das dazu erforderliche Green Power Feature Set zur Verfügung stellen.

Bisher dominiert EnOcean diesen Markt. Mit dem Green Power Feature Set können Sensorknoten, die ihre Energie aus ihrer Umgebung generieren – also keine Batterien für ihre Energieversorgung benötigen – künftig nahtlos mit den existierenden ZigBee- und ZigBee-Pro-Netzen kommunizieren. Bisher hat ZigBee im Bereich der drahtlosen Sensornetzwerke keine Rolle gespielt, einfach weil die Kommunikation über ZigBee zu viel Energie frisst.

Die britische Marktforschungsfirma IDTEchEx hat kürzlich das Ergebnis einer Analyse zu drahtlosen Sensornetzwerken veröffentlicht, nach der 90 Prozent aller drahtlosen Sensorknoten wartungsfrei sein müssen. Weil das mit Batterien derzeit nicht zu machen ist, kommt dazu nur Energy Harvesting in Frage.

Dass diese Analyse richtig ist, davon ist auch Graham Martin, Chairman & CEO der EnOcean Alliance, überzeugt. Selbstverständlich verwundert es nicht, dass er skeptisch ist, ob es der Zig-Bee Alliance in der selbst vorgegebenen geringen Zeitspanne bis Ende des Jahres gelingen könnte. Er führt dazu mehrere Argumente ins Feld. »ZigBee nimmt 30 bis 100 Mal mehr Energie auf als die Funkübertragung nach der von EnOcean entwickelten Methode.«

Wenn ZigBee für drahtlose Sensornetzwerke in Frage kommen sollte, müsste also eine deutlich abgespeckte Version entwickelt werden: Das könnte dann aber nicht mehr ZigBee sein – und das Ergebnis wäre dann auch nicht mehr interoperabel zu den bestehenden ZigBee-Versionen (wobei Interoperabilität und ZigBee wieder ein Kapitel für sich ist). Er erwähnt nur ein weiteres Problem: Um bei 2,4 GHz Interferenzen durch Störquellen wie WiFi zu entgehen, wechselt ZigBee Pro die Kanäle. In Energy-Harvesting-Knoten kann diese Methode aber nicht zum Erfolg führen – es kostet schlicht zu viel Energie. Für weitere ZigBee-Features gelte das selbe.

Neben der Technik gibt es seiner Meinung nach aber auch patentrechtliche Gründe, die gegen ZigBee sprächen. EnOcean hat die batterielose Funktechnologie in den 90er Jahren entwickelt (damals noch als Bestandteil von Siemens). Von 1997 bis heute hat EnOcean zahlreiche Patente erhalten. Diese Patente decken neben den Energy-Harvesting-Methoden die Speicherung der Energie und die Methode der Funkübertragung ab. Standard-ICs wie DC/DC-Wandler-Controller und Mikrocontroller kauft EnOcean zu, hält aber seit 1997 auch ein Patent auf das gesamte Modul. »Aufgrund dieser IP-Lage wäre es schwer bis unmöglich, ZigBee auf Energy-Harvesting anzuwenden – von den Herausforderungen für die ZigBee-Technik einmal ganz abgesehen«, erklärt Martin. »Falls Produkte auf den Markt kämen, würden sie mit Sicherheit von EnOcean-Rechstanwälten überprüft werden.«

Im Grunde aber rechnet er nicht damit, dass es soweit kommen könnte. Derzeit sind rund 350 interoperable Endprodukte von über 100 Firmen auf dem Markt, die auf Basis der Technik von EnOcean beruhen. Die EnOcean-Alliance wacht darüber, dass die Produkte tatsächlich miteinander kommunizieren können. Außerdem bemüht sich die EnOcean-Alliance, die Technik als IEC-Standard zu etablieren. Die Produkte erstrecken sich von Lichtschaltern über Fenstergriffe, Türgriffe und Schlüsselkarten für Hotels, die auf Basis von mechanischen Energy-Harvesting-Methoden funktionieren, über solarenergiebasierte Systeme (Thermostate, Bewegungsmelder, Fensterkontakte, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren) bis zu Sensoren, die ihre Energie über Wärmeunterschiede gewinnen.

EnOcean findet derzeit in mehr als 100.000 Gebäuden Einsatz. »In zwei Hochhäusern mit je 52 Stockwerken in Madrid sind jeweils über 4000 Lichtschalter mit EnOcean-Technik verbaut. Da kommen Batterien von vorne herein überhaupt nicht in Frage.« Außerdem lässt sich damit 40 Prozent der Energie einsparen, 33 km Kabel, 20 Prozent Installationskosten sowie 80 Prozent Renovierungskosten.

»Zigbee Green Power wird der Welt einen echten Standard für Steuer- und Sensor bringen, die Energy Harvesting für ihre Energieversorgung nutzen«, sagt dagegen Bob Heile, Chairman der Zig-Bee Alliance. Diese wartungsfreien, drahtlosen Knoten würden zusammen mit den existierenden ZigBee-Netzen in der Automatisierung von Gebäuden die Flexibilität drastisch erweitern. Die ZigBee-Allianz hat laut Heile schon weit vor der Bekanntgabe des Plans für das Green Power Feature Set den Markt und die technischen Voraussetzung untersucht, um das neue Feature-Set noch in diesem Jahr vorstellen zu können. Dann werden drahtlose Sensornetzwerke mit den etablierten ZigBee-Netzen kommunizieren können, von denen nach seinen Worten bereits Millionen installiert seien.