embedded world Conference 2019 Trends bei der Embedded Connectivity für das Internet der Dinge

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) entwickelt sich rapide. Hier ist seit einiger Zeit eine Reihe von neuen und zukunftsweisenden Trends zu beobachten, die in diesem Beitrag im Überblick dargestellt werden.

Diese Trends werden vom 26. bis 28. Februar 2019 in Nürnberg auch auf der embedded world als der weltgrößten Leitmesse sowie der parallel stattfindenden embedded world Conference im Fokus stehen. In insgesamt 45 Vorträgen in neun Sessions werden an allen drei Konferenztagen Fachleute diese Trends erläutern und diskutieren. Das Programm der embedded world Conference steht wie immer unter https://www.embedded-world.eu zur Verfügung. 

LPWAN & NB-IoT

Die am weitesten reichende Trendwende ist bei der drahtlosen autonomen Kommunikationstechnik zwischen Maschinen (Machine-to-Machine- oder auch M2M-Kommunikation) zu beobachten. Während die M2M-Kommunikation bei Weitverkehrsnetzen (Wide Area Networks, WAN) jahrzehntelang nur mit Hilfe von herkömmlichen zellularen Mobilkommunikationstechnologien (GPRS, UMTS, LTE) abgedeckt werden konnte, stehen nun seit kurzer Zeit auch energieeffizientere, schmalbandige Weitverkehrslösungen (Low Power Wide Area Networks, LPWAN) wie zum Beispiel LoRa / LoRaWAN oder Sigfox, sowie potenziell weitere Ansätze, wie zum Beispiel Weightless oder MIOTY zur Verfügung. Diese versprechen im Vergleich zu den herkömmlichen Technologien erheblich geringere Investitions- und Betriebskosten, einen deutlich geringeren Verwaltungsaufwand (Netzwerkmanagement) und auf diese Weise auch eine signifikant verbesserte Energieeffizienz. Diese Eigenschaften können damit komplett neue Anwendungen ermöglichen, die bisher aus finanziellen oder energetischen Gründen (Nachladung, beziehungsweise Ersetzen der Batterie) nicht attraktiv waren.

Unter dem Eindruck des überaus schnellen Markterfolgs der LPWA-Technologien, haben auch die Aktivisten der zellularen Mobilkommunikationstechnologien die Attraktivität dieses Marktes wahrgenommen. Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) als relevantes Standardisierungsgremium für die zellulare Mobilkommunikation hat mit der sogenannten Release 13 in vergangenen Jahren bereits einen ersten schmalbandigen IoT-Standard als Erweiterung der vierten LTE-Generation in Rekordzeit verabschiedet (Cat M1, Cat-M0, NB IoT), für den nun auch schon Transceiver zur Verfügung stehen und für den weltweit bereits eine beachtliche Netzabdeckung erreicht wurde. Verschiedene weitere Ansätze sind in den weiteren Releases für die 4G- und die 5G-Technologien in Vorbereitung.

Software Defined Radio

Die Implementierung auch von weiten Teilen der physischen Schicht drahtloser Kommunikation in Software (Software Defined Radio, SDR) ist in der Forschung schon seit Jahrzehnten ein Thema. Mit den Möglichkeiten der fortschreitenden Skalierung der Halbleiterbauelemente und vor allem im Zuge der Einführung der 65-nm-Technologien auch für monolithische Funktransceiver ist SDR auch für »kleine« und kostengünstige Systeme Realität geworden. Insbesondere die Halbleiterhersteller profitieren davon, weil sie die Anzahl und Vielfalt der parallel zu entwickelnden und zu pflegenden Hardware-ICs reduzieren können. Damit können die verschiedenen Protokolle auf der gleichen Hardware ausgeführt werden. Diese Entwicklung führte bei den aktuellen Transceivern zu zwei wesentlichen neuen Trends:

Der alte »Krieg der Protokolle«, unter anderem bei Bluetooth, ZigBee & Co., der in der Vergangenheit ja stark von den finanzkräftigen Hardware-Herstellern getrieben wurde, ebbt ab. Nun kann jeder Hardware-Hersteller mit vergleichsweise geringem Software-Aufwand praktisch jedes gewünschte Protokoll unterstützen.

Diese Auswahl muss nicht mehr nur auf die Produktionszeit beschränkt bleiben, sondern kann sogar während der Laufzeit getroffen werden. Dies führt nicht nur zu vielen neuen Möglichkeiten, wie zum Beispiel der Konfiguration eines anderen Funksystems mit dem herkömmlichen Smartphone mit Hilfe von Bluetooth, sondern auch zu neuen Herausforderungen insbesondere bei der Funkzulassung. 

Time-Sensitive Networking

Aber auch bei den drahtgebundenen Protokollen und insbesondere beim guten alten Ethernet ist wieder einiges in Bewegung geraten. Unter dem Begriff des Time-Sensitive-Networking (TSN) wird eine Reihe von Standards zusammengefasst, an denen die Time-Sensitive Networking Task Group IEEE 802.1 arbeitet. Die TSN Task Group entstand aus der Umbenennung der bis November 2012 bestehenden Audio/Video-Bridging Task Group und erweitert deren Arbeit. Die sich gegenwärtig in der späten Phase der Standardisierung befindenden Beschreibungen definieren Mechanismen zur Übertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke mit sehr geringer Übertragungslatenz und hoher Verfügbarkeit. Mögliche Anwendungsbereiche sind konvergente Netzwerke nicht nur für Echtzeit-Audio- oder Video-Streams, sondern auch für Echtzeit-Datenverkehr zum Beispiel im Automobil oder in Industrieanlagen. Die Hoffnung ist hier, dass auf Ethernet-Ebene die bereits schon echtzeitfähigen Ethernet-Protokolle der unterschiedlichen Hersteller miteinander und mit herkömmlichem Ethernet-Verkehr integriert werden können.

 

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Dipl. Wirt.-Ing. Axel Sikora 

ist wissenschaftlicher Direktor des Instituts für verläsliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (ivESK) an der Hochschule Offenburg, Bereichsleiter »Software Solutions« und stellvertretender Institutsleiter bei der Hahn-Schickard-Gesellschaft für Angewandte Forschung e.V. in Villingen-Schwenningen, sowie Gründer und Inhaber der Stackforce GmbH. In seinen Teams werden Algorithmen, Protokolle und Systemlösungen für die sichere, zuverlässige und effiziente drahtgebundene und drahtlose Kommunikation für intelligente Systeme konzipiert, evaluiert, implementiert und verifiziert. Zusammen mit dem WEKA Verlag begleitet er unter anderem den Wireless Congress und die IoT-Konferenz als wissenschaftlicher Beirat. Außerdem ist er Chairman der embedded world Conference.