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Globales IoT möglich

Mioty funktioniert über GEO-Satellit

26. Juli 2021, 15:51 Uhr   |  Heinz Arnold

Mioty funktioniert über GEO-Satellit
© Fraunhofer IIS

Florian Leschka, Leiter der Gruppe System Design am Fraunhofer IIS: »Insbesondere die Bereiche Logistik, Transport, Mobilität, Schifffahrt und Landwirtschaft werden stark davon profitieren, dass direkte IoT-Lösungen via Satellit auch an den entlegensten Orten der Welt Konnektivität bieten.«

Eine massive Vernetzung von IoT-Sendern über einen geostationären Satelliten ist mit dem Funkprotokoll mioty unkompliziert möglich.

»Das ebnet den Weg für eine völlig neue Klasse von Anwendungen, in denen Sensoren unabhängig von der terrestrischen Infrastruktur von der Erde aus Daten direkt an einen Satelliten übertragen können. Insbesondere die Bereiche Logistik, Transport, Mobilität, Schifffahrt und Landwirtschaft werden stark davon profitieren, dass direkte IoT-Lösungen via Satellit auch an den entlegensten Orten der Welt Konnektivität bieten«, erklärt Florian Leschka, Leiter der Gruppe System Design am Fraunhofer IIS. Denn IoT via Satellit ermöglicht nun die beliebige Ausweitung der Reichweite eines Netzes bis hin zur weltweiten Vernetzung. Die Vernetzungstechnologie mioty ermöglicht bisher das gleichzeitige Senden von Datenpakten einer Vielzahl von Sensorknoten über weite Strecken und ist dabei besonders energieeffizient. Für das Internet of Things (IoT) in einem terrestrischen Netz bedeutete das bisher eine Reichweite von bis zu 15 Kilometern.

Jetzt hat das Fraunhofer IIS hat den Einsatz von mioty für Massive-IoT-Anwendungen kürzlich über einen GEO-Satelliten getestet. Im Testsetup funkten die Sender mit integriertem mioty-Sensorknoten Datenpakete direkt an den Satelliten. Die Übertragung im S-Band bei etwa 2 GHz wurde über den Kommunikationssatelliten EchoStar XXI realisiert. Dabei nutzten die Sender das mioty-spezifische Funkprotokoll »Telegram Splitting Ultra Narrow Band (TS-UNB)« ohne besondere Anpassungen für die Satellitenkommunikation.

Die Tests wurden im Rahmen des »ARTES Future Preparation«-Programms der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA durchgeführt.

Unterstützung von Massive-IoT-Anwendungen demonstriert

Beim mioty-spezifischen Übertragungsverfahren Telegram Splitting werden Datenpakete, also Telegramme, in kleinere Sub-Pakete aufgeteilt und über Zeit und Frequenz verteilt gesendet. Das Verfahren ist besonders robust gegenüber Störfaktoren und lässt zu, dass eine riesige Anzahl an Sensorknoten bedient werden kann.

Während der Tests wurde die Anzahl der gesendeten Datenpakete mit einem Signalgenerator virtuell massiv erhöht, um die Gesamtkapazität des Übertragungssystems voll auszutesten. Im Ergebnis zeigten die Tests, dass in einem definierten Abdeckungsbereich und bei einer Systembandbreite von nur 200 kHz mit mioty bis zu 3,5 Millionen Telegramme pro Tag erfolgreich via Satellit übertragen werden können.

Energieeffiziente User Terminals im Einsatz

Im Rahmen der Tests wurde dasselbe Übertragungsprotokoll angewendet, auf dem auch die herkömmlichen mioty-Systeme am Boden beruhen. Trotz der enormen Distanz zum Satelliten von etwa 38.000 Kilometern konnten die User Terminals außerdem bei ähnlicher Sendeleistung wie in terrestrischen Netzen betrieben werden. Dadurch können einzelne Satelliten-IoT-Sender in der Anwendung enorm energieeffizient und über Jahre hinweg autark Daten senden. Das Systemdesign der Terminals basiert zudem auf der Verwendung kostengünstiger, nicht-proprietärer Komponenten. Die Datenübertragung während der Tests wurde etwa unter Nutzung einer herkömmlichen Stabantenne realisiert.

Die in den Tests eingesetzten Terminals mit integriertem mioty-Sensorknoten beruhen auf einer Vorentwicklung aus dem ESA-geförderten Projekt »Energy Efficient User Terminals for Massive Uncoordinated Access via Satellite (E2UT)«. Innerhalb des E2UT-Projekts wurde bereits durch Simulationen im Labor gezeigt, dass die massive Datenübertragung mit mioty® auch über Satelliten im Low Earth Orbit (LEO) funktioniert.

Mehr Informationen zu mioty:
Josef Bernhard, Leiter Abteilung Energieautarke Funksysteme, Fraunhofer IIS, hält auf der virtuellen Konferenz Internet of Things – vom Sensor bis zur Cloud (20.-21. Oktober 2021) den Vortrag:

Mioty für das massive Internet der Dinge

Low-power wide-area (LPWA) Netzwerke sind eine Schlüsseltechnologie für das Internet der Dinge. Immer mehr Städte und Stadtwerke interessieren sich für die Technologie und setzen sie für Anwendungen im Bereich Smart City und Smart Metering ein. Die steigende Zahl an Anwendungen und die hohe Dichte an Haushalten im urbanen Umfeld wird künftig eine Herausforderung für die Skalierbarkeit von LPWA Netzwerken darstellen. Die mioty Technologie ist eine LPWA Technologie basierend auf der ETSI Spezifikation TS103357 und nutzt das sogenannte Telegram Splitting Verfahren, das eine Reihe von Alleinstellungsmerkmalen bietet, die insbesondere für Smart City Netzwerke zum Tragen kommen. Der Vortrag erörtert die besonderen Anforderungen an LPWA Netzwerke, die sich aus Smart City und Smart Metering Anwendungen heute und künftig ergeben. Es wird gezeigt wie sich die daraus resultierenden Herausforderungen an die LPWA Technologie mit mioty am besten lösen lassen. Anhand aktueller Messungen und Testergebnisse wird demonstriert wie sich insbesondere die hohe Skalierbarkeit auf die Planung und Umsetzung von LPWA Netzwerken auswirkt.

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