Entwicklerplattform für DECT und ULE Freie Bahn für IoT-Anwendungen mit DECT

Ein reserviertes Funkspektrum ist so wertvoll wie eine eigene Spur zum Fahren.
Ein reserviertes Funkspektrum ist so wertvoll wie eine eigene Spur zum Fahren.

DECT bietet gegenüber den anderen Funktechniken einen entscheidenden Vorteil: einen eigenen Frequenzbereich. Zur schnellen und einfachen Entwicklung von IoT-Anwendungen auf der Basis von DECT und ULE, hat das DECT Forum jetzt eine einheitliche Entwicklerplattform »openD« geschaffen.

Die DECT-Funktechnik wurde 1993 – vor mittlerweile einem guten Vierteljahrhundert – von der CEPT (Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications) eingeführt. Lange Jahre konzentrierten sich die Hersteller von DECT-ICs und -Geräten auf Sprachanwendungen, so wie dies auch von den Gründungsvätern vorgesehen war. Schließlich stand DECT ja ursprünglich auch für »Digital European Cordless Telephony«, erst später fand die Umbenennung auf »Digital Enhanced Cordless Telecommunications« statt. DECT ist eine Marke des European Telecommunications Standards Institute (ETSI). Mit der Standardisierung verfügt DECT – und das ist in Zeiten von immer mehr funkbasierten Anwendungen ein wirkliches und wichtiges Alleinstellungsmerkmal – in Europa über ein reserviertes Frequenzband von 1880 bis 1900 MHz.

DECT-basierte Geräte haben im Heim- und im professionellen Anwendungsbereich der kleinzelligen Sprachübertragung weiterhin einen guten und sehr stabilen Marktanteil mit ca. 100 Mio. weltweit verkauften Geräten pro Jahr. Aber dieser Markt bietet kein weiteres Potenzial für rasanten Zuwächse. Im Gegenteil: im Zeitalter von IP-basierter Telefonie, die DECT übrigens bereits seit 2006 mit CAT-iq (Cordless Advanced Technology – internet and quality) auch unterstützt, drängen immer leistungsfähigere WiFi-Geräte und die immer günstiger werdende Mobilkommunikation mehr und mehr in das klassische DECT-Marktsegment vor.

 

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openD-Entwicklungssysteme

Die Entwicklungsmodule der Halbleiterhersteller Dialog Semiconductor und DSP Group werden bereits von der openD-Prototyping-Plattform unterstützt.

 

Deswegen haben die DECT-Aktivisten schon früh begonnen, mit verschiedenen Maßnahmen DECT auch für Datenanwendungen zu öffnen. Die ersten diesbezüglichen Versuche waren jedoch vorwiegend auf Multimedia-Anwendungen ausgerichtet. 1998 ergänzte der DECT Packet Radio Service (DPRS – ETS 301 649) die für paketorientierte Datenübertragung wichtigen Dienste, wie die Verhandlung und Garantie von bestimmten Dienstgüten (Service Negotiation – SN), sowie die dynamische Ressourcenzuteilung (Dynamic Resource Management – DRM), um büschelartiges Verkehrsaufkommen effizient handhaben zu können. 1999 gründete sich dann das DECT-Multimedia-Consortium (DECT-MMC), das sich aber gegen die übermächtige Konkurrenz von Bluetooth und WiFi nicht durchsetzen konnte.

Deutlich erfolgreicher scheint die Positionierung der Ultra-Low-Energy-Variante (ULE) zu sein, die sich auf eine energieeffiziente Datenübertragung mit niedriger Datenrate konzentriert. ULE wurde erstmals 2011 vorgestellt. 2013 wurde dann aus Markengründen mit der ULE-Alliance eine unabhängige Dachorganisation gegründet. Für den Einsatz von ULE ist keine neue DECT-Basisstation (Fixed Part, FP) notwendig, so dass bestehende Installationen, wie z.B. in der Fritz!box 7490 von AVM und in der Speedport Home-Gateway-Familie der Deutschen Telekom, verwendet werden und dann auch einen Internetzugang bieten können. Mittlerweile gibt es verschiedene kommerzielle ULE-Produkte für die bei DECT »Portable Part (PP)« genannten Endgeräte vor allem im Bereich Sicherheit und Hausautomation, wie z.B. fernbedienbare (»smarte«) Steckdosen, Bewegungs- und Rauchmelder oder Türsprechstellen.

Plattform vereinfacht Entwicklern die Arbeit

Trotz des stetigen Markterfolgs auch in diesen Bereichen waren DECT- und ULE-basierte Entwicklungen bislang vor allem für professionelle und komplexe Anwendungen und Entwickler interessant.

Um die Einstiegshürden vor allem auch für kleinere Unternehmen und andere Anwendungsfelder, wie z.B. die Industrieautomation, zu reduzieren, hat sich das DECT Forum nun entschieden, eine herstellerübergreifende Entwicklerplattform mit einheitlichen Schnittstellen (Application Program Interfaces, APIs) sowohl für die Basisstation (Fixed Part – FP) als auch für die Endgeräte (PP) zu entwickeln.

Die »openD« genannte Entwicklerplattform kann unter einer Apache 2.0- oder einer GPLv2-Lizenz lizenziert werden und wird auf Github-Servern bereit gestellt (https://github.com/opend-connect) Die Architektur der openD-Prototyping-Plattform ist in Bild 1 gezeigt. Sie besteht aus folgenden Hardware-Elementen:

  • Für eine Basisstation (FP) ein zum RaspberryPI kompatibles MMI-Modul sowie ein DECT-Transceiver-Modul von Dialog Semiconductor oder einen DECT-USB-Transceiver von DSP Group.
  • Für die Endgeräte (PP) ein zum ST Nucleo kompatibles MMI-Modul sowie ein DECT-Transceiver-Modul von Dialog Semiconductor oder ein kompatibles DECT-Transceiver-Modul (Shield) von DSP Group.

Auf beiden Seiten wird eine einheitliche Programmierschnittstelle (openD-API) angeboten, die folgende Funktionen umfasst:

  • Management (mgmt): bietet die Funktionen zur Verwaltung der Geräte, z.B. für eine Keepalive-Nachricht oder dem Energiemanagement.
  • Subscription (sub): bietet eine Schnittstelle für die An- und Abmeldung von Geräten. Ebenso kann über diese Schnittstelle auch der Zugangscode festgelegt werden.
  • Call (call): erlaubt insbesondere den Auf- und Abbau von leitungsvermittelten Verbindungen, z.B. für Telefongespräche.
  • Audio (audio): liefert eine Schnittstelle für die Steuerung und Nutzung der Audioübertragung
  • HAN-FUN (hanfun): Das Home Area Network FUNctional protocol (HAN-FUN) entspricht der so genannten »DECT ULE evolution« und erlaubt die Interoperabilität von Geräten unterschiedlicher Hersteller nicht nur auf der reinen Transportebene, sondern auch in Bezug auf die Anwendungen.
  • 6LoWPAN (sixlowpan): Im Rahmen der ULE-Spezifikation wurde im IETF RFC 8105 auch eine Integration des 6Lo-Protokolls für die Abbildung von IPv6-Verkehr auf den ULE-Data Link Layer spezifiziert. Auch hierfür liegt eine quelloffene Implementierung vor, die auf Github-Servern veröffentlicht ist (https://github.com/ULE-Alliance/ULE_6LowPan).

Die Dokumentation der Architektur und der Schnittstellen sind frei zugänglich und können auf der Internetseite  http://stackforce.github.io/opend-doc abgrufen werden, die von der Stackforce GmbH im Auftrag des DECT Forum und der ULE Alliance gepflegt wird.

Der Autor dankt den Entwicklern der openD-Plattform Daniel Hartnett, DECT Forum, und Daniel Jäckle, Patrick Weber und David Rahusen, alle drei sind bei der Stackforce GmbH tätig, für ihre Unterstützung bei der Ausarbeitung dieses Beitrags.

 

Der Autor

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

ist wissenschaftlicher Direktor des Instituts für verlässliche 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 Systeme für die sichere, zuverlässige und effiziente leitungsgebundene und Funk-Kommunikation konzipiert, evaluiert, implementiert und verifiziert.

Zusammen mit dem WEKA-Verlag begleitet er u.a. den Wireless Congress und die IoT-Konferenz als wissenschaftlicher Beirat. Außerdem ist er stellvertretender Chairman der Embedded World Conference.

axel.sikora@hs-offenburg.de

 

Einstieg in openD

Zur Vorstellung der openD-Plattform veranstaltet das DECT Forum am 25. Februar 2019 – einen Tag vor der embedded world Conference – in Nürnberg eine openD-Konferenz. Das Konferenzprogramm enthält am Vormittag Vorträge zu DECT und ULE sowie zum Einsatz von Sprache in der Hausautomatisierung. Für den Nachmittag sind Hands-on-Tutorials mit Demos zu openD geplant – an zehn Stationen mit jeweils vier Demo-Kits von den wichtigen Halbleiterherstellern. In diesem Rahmen werden die Werkzeuge, Debugger und Editoren vorgestellt und der Entwicklungsprozess am Beispiel einer Sensor-Anwendung gezeigt.

Was: OpenD Conference
Wer: DECT Forum
Wann: 25.2.2019 (9:30 Uhr – 18:00 Uhr)
Wo: Nürnberg, Fraunhofer IIS, Nordostpark 84
Teilnahme kostenfrei, Anmeldung erforderlich
https://opend.dect.org/news-events/opend-conference/