Schwerpunkte

Wireless IoT

Für reinen Batteriebetrieb

12. Mai 2017, 09:00 Uhr   |  Von Jürgen Hupp, Karin Loidl und Thomas Windisch


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Zeitliche Organisation

Für die Übertragung der drei Datenkategorien Beacon, Data, Meshed Data werden in s-net drei aktive Zeitbereiche (Domains) in einem sich periodisch wiederholenden Zeitrahmen (Frame) definiert (Bild 5). Funkaktivitäten finden nur in den Zeitbereichen statt, den Rest des Zeitrahmens kann der Funkknoten schlafen und dadurch Strom sparen.

Der erste aktive Zeitbereich wird Beacon Domain genannt. Innerhalb der Beacon Domain ordnet s-net die Beacons des Master und sämtlicher Router zeitlich kollisionsfrei an, indem die Bea¬con Domain in noch kleinere Zeitbereiche unterteilt wird.

Für die Übertragung von Daten in Richtung Master wird als zweiter aktiver Zeitbereich die Data Domain definiert. In diesem Zeitbereich haben Master und sämtliche Router ebenfalls eigene, kollisionsfreie Zeitbereiche für den Empfang von Daten ihrer jeweiligen Nachfolger. Die Nachfolger teilen sich konkurrierend den Zeitbereich ihres Vorgängers.

Dritter aktiver Zeitbereich ist die Meshed Data Domain. Neben Applikationsdaten für Nachbarn sendet in diesem Zeitbereich der Master und jeder Router-Knoten periodisch Informationen über die Netzorganisation aus. Diese Informationen werden für die Selbstorganisation des Netzwerkes verwendet. Jeder Teilnehmer wertet für sich diese Informationen aus und kann bei Bedarf Verbindungen lösen und zu anderen Knoten aufbauen.

Gefunkt wird bei s-net nur in den drei aktiven Zeitbereichen (von links): Beacon, Data, Meshed Data. Die restliche Zeit kann der Funk-Transceiver ausgeschaltet sein, um Energie zu sparen
© Fraunhofer IIS

Bild 5. Gefunkt wird bei s-net nur in den drei aktiven Zeitbereichen (von links): Beacon, Data, Meshed Data. Die restliche Zeit kann der Funk-Transceiver ausgeschaltet sein, um Energie zu sparen.

Hardware-Referenzdesigns und Standardmodule

Viele Transceiver-ICs können für s-net verwendet werden, sodass es sich in verschiedenen Frequenzbändern einsetzen lässt. Bislang wurden Systeme im 433-MHz-, 868-MHz- und 2,4-GHz-Band realisiert, für die jeweils Hardware-Referenzdesigns existieren. Sie erlauben eine schnelle Realisierung für Machbarkeitsstudien und können meist unverändert eingesetzt werden. Sie bieten aber auch einen soliden Ausgangspunkt für individuelle Produktentwicklungen, da sich Systemeigenschaften, Sensorik, Schnittstellen oder Bauform kundenspezifisch anpassen lassen.

Auf Basis der s-net-Technik wurden unterschiedliche IOT-Anwendungen realisiert. Gerade im Kontext von Industrie 4.0 und Smart Cities eröffnet die s-net-Technik enorme Potenziale. So profitiert die digitalisierte Produktion von s-net unter anderem in den Bereichen unterstützte Montage und Intralogistik, z.B. smarte Kommissioniersysteme, und die Smart City von optimierten Serviceangeboten, z.B. beim smarten Waschraum.

Smart – vom Behälter bis zur Fabrik

Wireless-IoT-Techniken können die Grundlage für die Interaktion zwischen Maschinen (M2M) sowie zwischen Informationssystemen und der physischen Welt sein. Objekte können ihre Anwendungs- und Umgebungssituation erfassen, zusammen mit den Nutzern interaktiv beeinflussen und ihr Verhalten je nach Situation gezielt steuern. Die Integration kontextbewusster Objekte ebnet den Weg für eine durchgängige Digitalisierung von Prozessen, von der Produktion bis hin zum Recycling. In digitalisierten Wertschöpfungsketten sind alle relevanten Daten z.B. über Produktionsleistung, Produktqualität und -zustand stets verfügbar, woraus sich neuartige Geschäftsmodelle realisieren lassen.

Mit seiner batteriebetriebenen, vermaschten Kommunikation und Selbstorganisation ist s-net ideal für die Interaktion zwischen Informationssystemen und der physischen Welt (CPS, cyber-physische Systeme) und damit für die digitalisierte Produktion geeignet.

Steuerung der Montage durch das Montageobjekt

Für die Umsetzung des Industrie-4.0-Gedankens auf die dazugehörenden Wertschöpfungsketten bedarf es cyber-physischer Systeme (CPS). In einem cyber-physischen System werden informationstechnische und mechanische Komponenten verbunden. Um dies zu gewährleisten, ist eine punktuelle Lokalisierung von Montageobjekten in der Produktion zur Steuerung der Prozesse (Aktionspunkterkennung), eine prozessschrittabhängige Interaktion des Montageobjekts mit der jeweiligen Montageumgebung und eine Steuerung der Montage durch das Montageobjekt nötig. Die Montageobjekte haben ein umfassendes Gedächtnis mit Informationen, von denen die relevanten Daten dem jeweiligen Werker und Montageumfeld prozessschrittorientiert zur Verfügung gestellt werden, z.B. über die im aktuellen Bearbeitungsschritt benötigten Bauteile und den aktuellen Zustand des Objektes. Hierfür wird aktuell im Forschungsprojekt „Road to Digital Production R2D“, das gefördert wird im Rahmen der Initiative Bayern Digital des Bayerischen Wirtschaftsministeriums, ein smarter Werkstückträger mit Kommunikations- und Ortungsfunktion u.a. unter Nutzung von s-net entwickelt.

Durch die Kombination aus stromsparender Lokalisierungs- und Kommunikationstechnik erlangt hierbei das Werkstück Kontextbewusstsein zu Ort, Prozessschritt und Umgebung und interagiert selektiv mit dem jeweils aktuellen Montageumfeld bzw. Werker. Die damit mögliche Steuerung der Montage durch das Montageobjekt und die Kopplung von realer und digitaler Welt ermöglicht eine Steigerung der Effizienz und der Qualität.

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1. Für reinen Batteriebetrieb
2. Netzwerkweite Koordination
3. Zeitliche Organisation
4. Mobile, smarte Kommissioniersysteme

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