Messen via Funk

Messen via Funk

Durch die Wahl des geeigneten Sendeverfahrens lässt sich der Energieverbrauch in Grenzen halten und damit die Lebensdauer der Batterie verlängern. Hierzu existieren verschiedene Parametriermöglichkeiten: Wird nicht gesendet oder empfangen, so wird der Funksensor in den Ruhezustand versetzt, wo er deutlich weniger Strom verbraucht als im Sendezustand. Das Verhältnis zwischen der „Aufwachdauer“ und der „Aufwachperiode“ wird auch als Duty-Cycle bezeichnet. Eine weitere Möglichkeit, Energie zu sparen, besteht darin, die Abstände zwischen den einzelnen Knoten – also den Funksensoren – klein zu halten, da die Sendeleistung im Verhältnis zum Sendeabstand mit Potenzen zunimmt und dementsprechend viel Energie zieht. Auf diese Weise lassen sich Netzwerke aufbauen, in denen die Informationen über mehrere Knoten zum Ziel gelangen – auch Multi-Hop-Betrieb genannt. Die Abstände zwischen den Knoten sind dabei bewusst klein gehalten, um den Energiebedarf der beteiligten Knoten zu minimieren.

Datensicherheit stets gewährleistet

Im Zusammenhang mit Funk beziehungsweise der Datenweiterleitung via Internet stellt sich zwangsläufig die Security-Frage. Hierzu ist folgendes anzumerken: WISE nutzt den IEEE-802.15.4-Standard, der ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation in der Automatisierungstechnik beschreibt. Schwerpunkte bei der Entwicklung waren eine zuverlässige Kommunikation und geringer Stromverbrauch der Sender und Empfänger. Die Funksensoren kommunizieren bei WISE über ein proprietäres Protokoll, welches nur der Hersteller kennt und kein Außenstehender versteht. Die Anbindung unerwünschter Funkteilnehmer wird somit wirksam unterbunden. Das Sicherheitskonzept sieht zudem den Einsatz von Zugangs-Kontroll-Listen vor, vergleichbar mit einer MAC-Adressfilterung, wie sie in WIFI-Geräten zu finden ist. Die Zugangs-Kontroll-Liste bestimmt, welche Geräte untereinander kommunizieren dürfen; sie ist mit einer Firewall aus der PC-Welt vergleichbar. In einer Access Control List (ACL) sind im Sinne einer so genannten White-List die MAC-Adressen derjenigen Stationen beziehungsweise Funkteilnehmer verzeichnet, mit denen die Kommunikation gestattet ist. Empfängt ein Teilnehmer eine Information, prüft er, ob die Quell-MAC-Adresse in der Access Control List verzeichnet ist. Wenn nicht, verwirft er die Information.

Was die anschließende Verteilung und Speicherung der Messwerte via Internet betrifft, so sorgt die SSL-Verschlüsselung für die sichere Übertragung. Die Netzwerk-Anbindung erfolgt über Ethernet 10BaseT/ 100BaseTX, wobei keine Firewall-Konfiguration erforderlich ist.

Über eine Website im Internet werden für jeden Funksensor spezifische Parameter wie die Bezeichnung, die Skalierung oder das Mess-Intervall eingestellt. Ist das Netz in Betrieb, lassen sich auf diesem Weg zudem grafische Auswertungen erzeugen, Alarme managen oder die Daten zum Beispiel nach MS-Excel exportieren. Neben dem Datenmanagement über das Internet ist es zudem möglich, das Datenlogging, die Analyse und die Dokumentation über anwenderspezifische oder auch über Labview-Anwendungen zu realisieren. Was Letzteres betrifft, hat National Instruments einen Treiber für den direkten Anschluss von WISE entwickelt.

Da durch die Mesh-Netzwerk-Technologie die gemessenen Signale im gesamten Sensornetzwerk sich eine hohe Redundanz, was letztlich zu einer optimalen Betriebssicherheit führt. Sollte ein Funkteilnehmer ausfallen, ist die Kommunikation über die anderen Teilnehmer gewährleistet. In einem solchen Fall suchen die betroffenen Funksensoren über eine Broadcast-Nachricht – quasi ein „Rundruf“ – nach einer Ausweichroute. Dabei wird die Broadcast-Nachricht an alle Teilnehmer gesendet, mit der Aufforderung, diese weiterzuleiten. Kommt diese Nachricht beim Empfänger respektive am Gateway an, steht die neue Route fest. Der Empfänger bestätigt den Empfang der Nachricht allen Teilnehmern mit einem ACK (Acknowledgement) und der neuen Route. Da das Gateway und jeder teilnehmende Funksensor die anderen Netzwerk-Teilnehmer als potenzielle Router speichern, weiß ein Funksensor über den „Blick“ in seine Tabelle genau, über welchen Weg er seine Nachrichten zu weiteren Empfängern zu senden hat. Dies alles geschieht automatisch und ohne das Zutun des Anwenders. Außerdem sorgt dieses spezielle Routingverfahren für eine automatische Anpassung, wenn sich einzelne Teilnehmer bewegen oder neue Teilnehmer hinzukommen.

1. Messen via Funk
2. Applikationsbeispiel Scheibenmontage
3. Messen via Funk
4. Der Energie-Aspekt