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In modernen Designs reicht eine Batteriezelle für langjährigen Betrieb

Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren


Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren

Für ein intelligentes Routing muss das Frame-Format des Protokolls Informationen wie Quell- und Zieladressen und Hop_count (Anzahl der Teilstrecken) unterstützen. Um die Integrität der übertragenen Daten zu sichern, ist außerdem die CRC-Technik (Cyclic Redundancy Check) erforderlich.

Im Interesse größerer Flexibilität unterstützen einige Frame-Formate die Fragmentierung und Segmentierung, damit das Routing umfangreicher Meldungen in veränderlichen Netzwerken möglich ist. Die Meldungen werden hierzu in kleine, eigens identifizierte Teilstücke zerlegt, die unabhängig voneinander geroutet werden können. Das Resultat ist eine kürzere System-Latenzzeit wegen der Möglichkeit der Korrektur nur jener Elemente, die tatsächlich verloren gegangen oder verstümmelt sind. Die Anforderungen an den lokalen Speicher der Knoten und Relais reduzieren sich, denn es müssen weniger große Informationselemente lokal gespeichert werden.

Ergänzend zu der per CRC gewährleisteten Daten-Integrität erfordern einige Anwendungen den Schutz und damit die Verschlüsselung der übertragenen Daten. Diese Funktion kann entweder in eine der unteren Protokollebenen (unmittelbar vor dem Absenden der Bits über den Transceiver) eingebunden werden oder Bestandteil einer höheren Protokollebene sein (bevor die Information an den Protokollstapel gesendet wird). Da die Daten-Verschlüsselung viel Rechenleistung verschlingt, werden für drahtlose Netzwerke Lösungen mit Hardware-Unterstützung bevorzugt. Kostenoptimierte Konzepte werden dagegen ohne Verschlüsselung realisiert, da für die meisten Überwachungs-Anwendungen (z.B. Umgebungs-Überwachung, Kühlketten-Management usw.) eine Sicherstellung der Daten-Integrität ausreicht.

Die Frequenzbänder

Für Anwendungen in Industrie, Wissenschaft und Medizin (Industry, Scientific, Medical – ISM) stehen drei lizenzfreie Frequenzbänder zur Verfügung, die sich für Miniatur-Transceiver geringer Leistung eignen. Es handelt sich dabei um die Bereiche von 433,05 bis 434,79 MHz (hauptsächlich Europa), 868 bis 870 MHz (Europa) bzw. 902 bis 926 MHz (USA) sowie um das 2,4-GHz-Band (weltweit). Das 434-MHz-Band ist zwar sehr energieeffizient, weist aber ein hohes Störaufkommen auf und wird von zahlreichen Applikationen genutzt. Das Frequenzband von 868 bis 870 MHz bzw. 902 bis 926 MHz ist bei mittleren Übertragungsdistanzen ebenfalls sehr effizient (entweder innerhalb eines Gebäudes oder für Entfernungen bis 1 km im Freien). Das 2,4-GHz-Band kann mit geringer Leistung für kurze Distanzen bis zu einigen Metern verwendet werden, doch reicht seine Effizienz für größere Entfernungen nicht aus. Die meisten drahtlosen Sensor-Netzwerke, bei denen Wert auf geringe Leistungsaufnahme gelegt wird, bedienen sich deshalb der beiden erstgenannten Frequenzbereiche.

Energie sparen durch das 1-V-Design

Durch die gefallenen Elektronik-Kosten, reduzierte Installations-Aufwendungen und gesteigerten Erwartungen bezüglich der Betriebszeit ist die Energiequelle mittlerweile ein nicht mehr vernachlässigbarer Kostenfaktor eines Funk-Sensors. Ein kostenloser Bezug von Energie aus der Umgebung kommt nur beim Einsatz im Freien oder bei geeigneter Platzierung (z.B. an einem Fenster oder neben einem Netzkabel) sowie außerdem nur dann in Betracht, wenn das System ein günstiges Verhältnis zwischen Ein- und Aus-Phasen aufweist (mittlerer Energiebedarf von ca. 10 µW bei Nutzung der Vibrationen eines Fensters oder der Lichtenergie innerhalb eines Gebäudes). Neue Technologien bieten die Möglichkeit zur Senkung der Kosten für Batterien (wenn diese noch benötigt werden), indem sie dank 1-V-Design den Betrieb des drahtlosen Knotens an einer einzigen AA-Batterie ermöglichen.


  1. Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren
  2. Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren
  3. Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren
  4. Strom sparen: Herausforderung für Funk-Sensoren
  5. Der drahtlose Sensor-Knoten
  6. Was ist machbar?