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Amazon Sidewalk – Mioty - LPWAN

Funknetze für eine Welt im Wandel

19. April 2021, 06:00 Uhr   |  Mattias Lange

Funknetze für eine Welt im Wandel
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Funknetze ermöglichen Menschen und Maschinen eine Kommunikation nahezu von jedem Ort der Welt aus.

Vom Homeoffice bis zum Homeschooling. Die Kommunikation per Funk versetzt Menschen überall auf der Welt in die Lage, sich schnell an neue Herausforderungen anzupassen und kreativ zu bleiben. Neue Funktechniken unterstützen diesen Trend.

Vielleicht haben Sie gerade noch von Ihrem Homeoffice aus an einer Videokonferenz teilgenommen oder Ihrem Kind geholfen, sich vom Küchentisch aus in eine Homeschooling-Sitzung einzuloggen. Jetzt sitzen Sie möglicherweise in Ihrem Lieblingssessel und nutzen eine Pause, um diesen Artikel zu lesen. Wenn es sich so oder ähnlich verhält, geht es Ihnen wie Millionen anderer Menschen überall auf der Welt, die aus der Ferne arbeiten. Die bemerkenswerte Reichweite der Funknetze ist für Sie von entscheidender Bedeutung, um vernetzt, innovativ und produktiv zu sein.

Geschäfts- und Technologiekonzept. Gruppe der Ingenieure.
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Bild 1. Die Kommunikationstechnik, speziell die Funkkommunikation, ist ein wesentlicher Faktor dafür, dass in der COVID-19-Pandemie Menschen von Zuhause aus arbeiten können.

Es geht uns bei Texas Instruments wie den meisten Unternehmen: Niemand hatte die Möglichkeit auf dem Schirm, durch eine Pandemie zum Arbeiten von zu Hause aus gezwungen zu werden. Als der Ernst der Lage deutlich wurde, schien die bevorstehende Aufgabe kaum zu bewältigen. Schließlich ist ein Halbleiterunternehmen ein äußerst komplexer Betrieb mit umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten, Tausenden von Kunden, die es zu unterstützen gilt, und Millionen von Bauteilen, die verschickt werden müssen. Ich bin stolz, dass wir dank der Unterstützung durch die Technik und dank der Belastbarkeit unserer Teams kaum einen Takt ausgelassen haben.

Lassen Sie mich dazu ein Beispiel anführen: Einer unserer Kunden befand sich gerade in der Zertifizierungsphase und benötigte neue Firmware. Das Equipment des betreffenden Unternehmens lief in einem externen Labor in Asien, die Entwicklung erfolgte allerdings in Europa und die Unterstützung von unserer Seite kam aus den USA. Binnen einer Woche wurde das Labor mit einem Upgrade ausgestattet, das dann die erfolgreiche Zertifizierung ermöglichte. Das Problem ließ sich also durch Support über drei Kontinente und drei Labore hinweg lösen, ohne dass irgendjemand sein Haus verlassen musste.

Das Tempo des Wandels beschleunigen

Hand, die die Finanzkonjunktur in eine hohe Wachstumsrate bringt.
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Bild 2. Die Pandemie wird das Tempo, mit dem Veränderungen in unseren Alltag einkehren, eher steigern.

Diese Art von Vernetzung – per Funk, nahtlos und schnell – ist ein lebenswichtiger Bestandteil unserer Wirtschaft. Ob es um die Ausbildung unserer Kinder oder den Kontakt mit unseren Familien geht – alles erfolgt aus der Ferne. Ähnlich ist es im Gesundheitswesen, wo Patienten aus der Ferne überwacht werden. Unsere Autos können automatisch neue Software herunterladen. Ganz allgemein erfolgt die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen und das Upgrade von Systemen durch Unternehmen aus der Ferne, und diese Aufzählung ließe sich beliebig fortsetzen.

Ziemlich schnell sind diese Fortschritte zu einem integralen Bestandteil unseres Lebens geworden, und vermutlich wird sich das Tempo der Veränderungen eher noch steigern.

Ich spreche regelmäßig mit Kunden, behalte ständig die technischen und kulturellen Entwicklungen im Auge und leite in unserem Unternehmen Teams, die an jenen Innovationen arbeiten, die in fünf Jahren allgemein verbreitet sein werden. Hieraus ziehe ich die folgenden Erkenntnisse:

1. Fernzugriff und Fernsteuerung ebnen den Weg für das Wachstum im Bereich neuer Dienstleistungen

3D-Darstellung einer von einer Automatisierungs-App gesteuerten Büroinnenarchitektur.
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Bild 3. Smartphones werden zu einer persönlichen Fernsteuerung, die Türen öffnet und Räume, die wir betreten, entsprechend den voreingestellten Parametern konfiguriert.

Die Akzeptanz wird umso schneller erfolgen, je mehr wir damit vertraut werden, aus der Ferne zu arbeiten und auf Dienste zuzugreifen. Digitale Schlüssel zum Beispiel öffnen den Markt für neue Dienste, ob nun zu Hause, im Büro oder im Auto. Ob es nun darum geht, die Interaktion eines Eigentümers mit seinem Fahrzeug oder seinem Haus zu personalisieren, einen Weg zu stromsparenderer Vernetzung im abgeschalteten Zustand zu schaffen oder den Anwendern den passiven Zugang zu ihren Fahrzeugen mithilfe von Phone-as-a-Key-Applikationen zu ermöglichen, sind insgesamt doch zahlreiche Verbesserungen der Nutzererfahrung denkbar.

Bei einem Auto etwa ist es möglich, dass sich der Anwender einfach seinem Fahrzeug nähert und es mit seinem Telefon auf digitalem Weg entsperrt. Das Auto passt daraufhin die Einstellungen von Spiegeln, Sitz, Lenkrad und Head-up-Display mithilfe der hinterlegten Nutzerprofile automatisch an.

Kfz-Zugangssysteme auf der Basis von Bluetooth Low Energy können ein Auto auch dazu befähigen, mithilfe sicherer Entfernungsbestimmungs- und Ortungstechniken das autorisierte Telefon im Fahrzeug zu lokalisieren, wodurch eine weitere Sicherheitsmaßnahme hinzukommt, bevor die Türen entriegelt werden und der Motor gestartet wird.

Der Anwender hat zudem die Möglichkeit, digitale Schlüssel für Familienmitglieder und Freunde zu erstellen, ebenso wie temporäre Schlüssel für den Parkservice, wodurch das Carsharing insgesamt attraktiver wird. Vielleicht werden Sie schon bald kein Problem mehr damit haben, einen zeitweiligen elektronischen Schlüssel zu Ihrem Auto an jemanden zu geben, der es zum Kundendienst und anschließend wieder zu Ihnen zurückbringt.

2. Neue Ausprägungen der Kommunikationsinfrastruktur

modernes städtisches Diorama- und drahtloses Sensornetz, Sensorknoten und Verbindungsleitung, Informationstechnologie, Internet der Dinge, abstraktes visuelles Bild.
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Bild 4. Crowd-Connektivity: Endgeräte können über bereits installierte Gateways anderer Unternehmen auf das Internet zugreifen.

Das Rückgrat für die Weiterentwicklung der Vernetzung ist eine kontinuierliche Internetverbindung, und diese wurde traditionell durch einen Internet Service Provider oder einen Mobilfunk-Betreiber bereitgestellt. In der Zukunft aber werden die Entwickler von „Dingen“ neue Möglichkeiten vorfinden, um die Verbindung mit dem Internet herzustellen.

Zum Beispiel ist Amazon Sidewalk [1] in der Lage, die Reichweite schmalbandiger Geräte zu erweitern und ohne Subskription eine Internet-Verbindung zu gewährleisten. Diese Technik nutzt eine Art Crowd-Connektivity, bei der die Hersteller von Endgeräten auf den installierten Bestand an Amazon Sidewalk Bridges zurückgreifen können, die über eine native Internet-Anbindung verfügen.

Je größer die Zahl der vernetzten Knoten in den Häusern und in ihrer Umgebung wird, umso wichtiger wird die Fähigkeit zum Aufbau zuverlässiger, reichweitenstarker Netzwerke. Weitverkehrsnetze (LPWAN) steigern unsere Fähigkeit, mehr Sensordaten abzurufen und mehr Geräte zu überwachen.

In den Dingen, die uns umgeben, gewinnen unterschiedliche Arten von Funktechniken an Verbreitung, weshalb mehrere Gateways benötigt werden, damit die Geräte untereinander kommunizieren und sich mit der Cloud verbinden können. Hier kann Amazon Sidewalk die Komplexität reduzieren und dafür sorgen, dass nicht mehr jedes Unternehmen seine eigenen Gateways entwickeln und herstellen muss. Allgemein bedeutet dies, dass wir stärker vernetzt sein werden als je zuvor.

3. Neue Funktechniken sind im Kommen

LPWAN as a binary code 3D illustration.
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Bild 5. Niedrigenergie-Weitverkehrsnetze (LPWAN) sind ein Innovator. Erst durch sie werden viele IoT-Geräte und -Geschäftsmodelle möglich.

Funktechniken bilden das Fundament unserer in rapider Entwicklung befindlichen, vernetzten Welt. Diese Techniken wiederum setzen verschiedene Grenzen, was die Übertragungsrate, die Reichweite und die Integration betrifft. Entwickler und Hersteller sind deshalb auf der Suche nach standardisierten Modellen, die eine vereinfachte Herangehensweise an das Internet-of-Things-Design ermöglichen.

Die Konsumenten sind mit Bluetooth und Wi-Fi vertraut, jedoch können beide Funktechniken nicht allen Anforderungen gerecht werden. Funksignale im Sub-Gigahertz-Bereich sind beispielsweise aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften besser für Anwendungen mit größeren Übertragungsdistanzen und geringerer Stromaufnahme geeignet.

Die reichweitenstarken, wenig Strom brauchenden Netzwerke werden oft als „Low-Power Wide-Area Networks” (LPWANs) bezeichnet. Zu den Anwendungen, die von LPWANs profitieren können, gehören Umgebungssensoren zur Messung der Temperatur und der Luftqualität sowie batteriebetriebene Durchflussmesser für Wasser, Wärme und Gas. Der vergleichswese geringe Standardisierungsgrad auf diesem Gebiet hat die Popularität dieser Technik eingeschränkt, da für die Entwicklung oftmals ein großer Umfang an detaillierten Fähigkeiten in der Entwicklung von Funkanlagen vorausgesetzt wird. Je deutlicher die Vorteile der Sub-Gigahertz-Technik werden, umso mehr werden die Nutzung und die Beliebtheit der neuen Standards zunehmen.

Amazon Sidewalk ist ein Beispiel, das der Sub-Gigahertz-Technik zugute kommen wird. Darüber hinaus wurde im vergangenen Jahr die Mioty Alliance ins Leben gerufen, die als regulierende Instanz der Mioty LPWAN-Technik [2] für umfangreiche Netzwerke fungieren wird. Je mehr die IoT-Landschaft wächst und sich weiterentwickelt, umso mehr werden neue Standards wie Mioty dafür sorgen, dass weltweit mehr Optionen für die Funkvernetzung verfügbar sind, um auf diese Weise für eine wettbewerbsorientiertere Marktumgebung zu sorgen und bessere Produkte für die Kunden hervorzubringen.

Vernetzt bleiben – trotz aller Widrigkeiten

Die jüngsten Ereignisse haben die Menschen und Volkswirtschaften überall auf der Welt enorm gefordert. Sie unterstreichen aber auch, wie wichtig die Vernetzung für unser Leben, Lernen und Arbeiten ist. Diese Technik hat es uns ermöglicht, agil zu bleiben und in einer sich ständig wandelnden Welt zu bestehen.

Literatur

[1] O'Grady, C.: How TI helps expand connectivity beyond the front door with Amazon Sidewalk. Texas Instruments, 21.9.2020, https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/posts/how-ti-helps-expand-connectivity-beyond-the-front-door-with-amazon-sidewalk.

[2] engiNerd: Mioty, the new LPWAN standard, provides quality and scalability for worldwide Sub-1-GHz communication. Texas Instruments, 20.2.2020, https://e2e.ti.com/blogs_/b/process/posts/top-5-things-to-know-about-mioty-the-new-low-power-wide-area-network-lpwan-standard.

Der Autor

Mattias Lange, General Manager für Connectivity, Texas Instruments
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Mattias Lange, Texas Instruments

Mattias Lange

ist General Manager für Connectivity bei Texas Instruments, wozu auch die SimpleLink-Plattform gehört. Er konzentriert sich auf die Definition und Umsetzung der Strategie und Produkt-Roadmap von TI für leitungsgebundene und Funk-Kommunikations-ICs, die den globalen IoT-Einsatz für Industrie- und Automobilmärkte ermöglichen.

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