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Welche Funktechnik für Wireless-Netze?

13. November 2013, 12:53 Uhr | Von Greg Fyke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

ZigBee als optimale Lösung für Funk-Maschennetzwerke

ZigBee ist eine offene, weltweite, standardbasierte Funk-Maschennetzwerktechnik. Im Gegensatz zu herkömmlichen Netzwerkarchitekturen wie Stern oder Punkt-zu-Punkt bieten Maschennetzwerke eine robuste Abdeckung für jeden Ort innerhalb eines Gebäudes - und das zu den geringsten Kosten pro Knoten. Bild 2 zeigt in diesem Zusammenhang grafisch die auch in der Tabelle ersichtlichen Netzwerktopologien. ZigBee verwendet ein dynamisches und automatisches Routing-Protokoll, das auf AODV-Routing basiert (Ad Hoc On-Demand Distance Vector). Benötigt ein Knoten eine Verbindung, sendet er eine Nachricht und fragt nach verfügbaren Routen-Verläufen. Knoten mit einer bekannten Zielroute senden ihre vorgeschlagenen Richtungen zurück an den anfragenden Knoten. Dieser wählt dann die Route mit der geringsten Anzahl zuverlässiger Sprünge (Hops). Die Information wird in einer lokalen Routing-Tabelle gespeichert und nach Bedarf freigegeben. Fällt eine Route aus, kann der Knoten einfach nach einer Ersatzroute fragen. Falls der kürzeste Abstand zwischen einer Quelle und dem Ziel durch Wände oder Mehrwege-Interferenz behindert ist, passt sich ZigBee an, um eine längere aber dafür verfügbare Route zu finden.

Funksensor-Netzwerke auf Basis von Silicon Labs’ EM35x-Ember-ZigBee-SoCs und der EmberZNet-PRO Protokoll-Stack bieten hierbei eine selbstkonfigurierende und selbstheilende Maschenanbindung. Diese kann auf Hunderte oder sogar Tausende Module bzw. Geräte in einem einzigen Netzwerk erweitert werden. Die schnelle Entwicklung ZigBee-zertifizierter Produkte wird durch den Ember AppBuilder unterstützt. Dieses Tool geht über den Stack hinaus und konzentriert sich auf die Implementierung der ZigBee-Anwendungsprofile. Über eine grafische Benutzeroberfläche können Entwickler die gewünschten Eigenschaften ihrer Anwendung schnell auswählen. Der AppBuilder generiert dann automatisch den erforderlichen Code.

Mit effektiven Debug-Tools lässt sich die Flexibilität der ZigBee-Netzwerke optimal nutzen. Die Komplexität eines Maschennetzwerks erschwert die Arbeit mit herkömmlichen Netzwerkanalyse-Tools wie Packet-Sniffers. Da Datenpakete mehrere Hops durchführen können, bis sie ihr Ziel erreichen, sind viele dieser Zwischenübertragungen außerhalb der Reichweite des Analyzer, wobei die Einsehbarkeit in den End-to-End-Pfad verloren geht. Eine Lösung für dieses Problem ist der „Desktop Network Analyzer“ von Silicon Labs. Dieses Tool bietet Entwicklern anhand einer einfach zu bedienenden grafischen Benutzeroberfläche einen kompletten Überblick aller im Netzwerk gesendeten und empfangenen Datenpakete. Integrierte Protokollanalyse- und Datenverkehr-Visualisierungs-Engines erlauben die Korrelation von Ereignissen auf Geräten mit den Ereignissen während der Netzwerkkommunikation.

Es gibt Situationen, in denen ein Maschennetzwerk unpraktisch ist, da die Knotendichte zu gering ist, um einen wirksamen Failover-Support zu bieten. Die Topologie eines Straßen- oder Schienennetzes verlangt zum Beispiel, Knoten mit großen Abständen entlang eines schmalen Pfads zu lokalisieren. Ebenso können zu wenige externe Einrichtungen einer Betriebsstätte vorhanden sein, um ein Maschennetzwerk zu rechtfertigen. In diesen Umgebungen ist eine Sterntopologie eher angebracht, um zuverlässig über große Distanzen kommunizieren zu können.