Funkprotokolle für das IoT Warum ANT weit mehr kann, als nur in Sportanwendungen funken

Im Kraftsensor in den Pedalen und im Herzfrequenzsensor im Brustgurt ist ein Nordic nRF51422 mit dem Softdevice S210 (nur ANT) verbaut. Sie senden ihre Daten per ANT an den Fahrradcomputer. In diesem ist ebenfalls ein Nordic nRF51422 integriert, jedoch mit dem Softdevice S310, das ANT und Bluetooth SMART unterstützt. So sendet der Fahrradcomputer die Daten per Bluetooth SMART auch an ein Smartphone, das ANT nicht direkt unterstützt, wie z.B. ein iPhone.

Das Funkprotokoll ANT ist oft mit dem Vorurteil behaftet, nur für Sportanwendungen geeignet zu sein. »Dem ist überhaupt nicht so«, klärt Bernd Hantsche auf, Bereichsleiter Funktechnologien von Rutronik.

Intel, Samsung, Broadcom, Dell, Atmel und Wind River haben vor kurzem das Open Interconnect Consortium (OIC) gegründet. Als maßgebliche Funkprotokolle betrachtet das OIC besonders WiFi, Bluetooth – und ANT.

Das OIC verfolgt das Ziel, eine Spezifikation, eine Open-Source-Implementierung und ein Zertifizierungsprogramm für die drahtlose Verbindung von Milliarden von Geräten innerhalb des Internet of Thing (IoT) zu entwickeln. Sie sollen in verschiedenen vertikalen Märkten zum Einsatz kommen. Anfangs konzentriert sich die Organisation auf die Haus- und Bürotechnik. Diese Tatsache alleine führt das Vorurteil gegen ANT schon ad absurdum.

Warum ANT weit mehr ist als nur ein Funkprotokoll für Sportanwendungen, wird aber auch durch weitere Fakten deutlich: Das ANT Protokoll ist in allen Smartphones und Tablets der Marktführer Sony und Samsung integriert. »Und weil auch Broadcom zu den Gründern des OIC gehört, wird die Zahl der ANT-fähigen Smartphones auch in Zukunft weiter steigen.« Hinzu kommt, dass ANT deutlich größere und komplexere Netzwerktopologien erlaubt als Bluetooth: ANT kann 64.000 Teilnehmer verwalten und beherrscht von P2P bis zur Vollmasche sämtliche Topologien. Dabei wird nicht zwischen verschiedenen Infrastrukturfunktionen unterschieden, d.h. jeder ANT-Sensor kann sowohl als Repeater wie auch als Router fungieren, ein zentraler Coordinator existiert nicht. »So eröffnen ANT-Netze – anders als Bluetooth – nahezu unendlich viele Netzwerkmöglichkeiten«, erläutert Hantsche. Dabei liegt der Energiebedarf in der Regel sogar unter dem Niveau von Bluetooth SMART und damit sehr viel niedriger als bei WiFi, denn mit 1 MHz ist der ANT-Frequenzkanal nur halb so breit wie bei BLE, so dass die Datenmodulation weniger Energie benötigt.

Auch die kleinere Stackgröße und der geringere Overhead der Datenpakete machen sich hier deutlich bemerkbar. Dadurch können ANT Geräte mit einer Knopfzelle prinzipiell jahrelang versorgt werden. »Das ist mit WiFi undenkbar«, so Hantsche. Deshalb setzt Rutronik bereits seit Jahren neben proprietären Open-Source-Protokollen sowie Bluetooth/Bluetooth LE und WiFi auch auf ANT. »Unser Portfolio ist auf das Internet of Things mit Ultra-Low-Power-Lösungen optimal ausgerichtet. Nordic Semiconductor als einer unserer wichtigsten und längsten Partner in diesem Segment gehört zweifelsfrei seit jeher zu den stärksten Innovationstreibern.« Das 2,4-GHz-Portfolio von Nordic umfasst schon seit längerem proprietäre Open-Source Protokolle, Bluetooth SMART und ANT. Mit dem nRF51422 bietet Nordic inzwischen sogar ein SoC, das alle drei Protokolle gleichzeitig beherrscht. Es findet sich auch in Funkmodulen von Dynastream. »Auch mit Dynastream, dem Erfinder, Entwickler und Rechteinhaber des ANT-Protokolls, arbeiten wir schon seit vielen Jahre zusammen, die Module sind selbstverständlich bei Rutronik zu beziehen«, so Hantsche.

Neben den Funkchips von Nordic Semiconductor und den Funkmodulen von Dynastream basieren auch Funkmodule von Panasonic und fertige USB-Sticks auf dem ANT-Protokoll. Bei den Transceivern hat man die Wahl, ob nur das Protokoll integriert sein soll oder ob die gesamte Kundenapplikation darin gespeichert und abgearbeitet werden soll. Einzige Limitierung ist aktuell noch ein Cortex ARM M0; der 256kB-Flash-Speicher ist mit einem externen Speicher erweiterbar.
»Bei der Diskussion rund um die verschiedenen Funkprotokolle fällt häufig auf, dass es bei den Begrifflichkeiten Defizite gibt«, so die Erfahrung des Wireless-Fachmanns. ANT deckt die Schichten 1-6 ab, kümmert sich also um den Netzaufbau, das Routing, Acknowledgement bzw. Resending usw. Die 7. Schicht, auch als Anwendungsschicht bezeichnet, kann vom Entwickler applikationsspezifisch definiert werden. Daher eignet sich ANT auch hervorragend zum Monitoring von Solarpanels, für Weiße Ware, Küchengeräte, Beleuchtungstechnik oder Inventarüberwachung. »Speziell im Sport- und Medizinbereich kam von vielen ANT-Kunden der Wunsch nach einheitlichen Standards bei diesen Anwendungsprofilen, um eine Interoperabilität zwischen den Geräten verschiedener Hersteller zu ermöglichen. Diese standardisierten Anwendungsprofile erkennt man an dem Plus-Zeichen am ANT-Logo. Wer sie verwenden möchte, muss für einen sehr geringen Beitrag ANT+-Mitglied werden und seine Anwendung von Dynastream zertifizieren lassen. Die Lizenzgebühren für ANT, also für die Schichten 1-6, sind bereits durch den Erwerb eines ANT-fähigen Transceivers abgedeckt – egal ob Chip, Modul oder USB-Stick. Das heißt, dass keine weiteren Kosten durch die Verwendung von ANT entstehen – anders als bei Bluetooth.« Jedes Produkt mit Bluetooth muss seit Anfang des Jahres über eine ’Declaration ID’ verfügen. Hierfür zahlt ein Adopter-Mitgliedsunternehmen 8000 Dollar, für kleinere Unternehmen, die im ’Innovation Incentive Program’ aufgenommen wurden, werden noch 2500 Dollar fällig.