Echtes Low Power in Mesh-Netzwerken »Zehn Jahre Batterielebensdauer« – geht das?

Straßenzustandsüberwachung mit NeoMesh
Straßenzustandsüberwachung mit NeoMesh

Verschiedenste Technologien für drahtlose Sensornetze versprechen oft eine sehr lange Batterielebensdauer. Doch kann man den Verbrauch unterschiedlicher Technologien überhaupt vergleichen. Worauf kommt es an?

Von Thomas Steen Halkier, CEO von NeoCortec

Drahtlose Konnektivität mit sehr geringem Energiebedarf ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zum Internet of Things bzw. Industrial IoT. Das gilt auch für traditionelle Sensornetze. Viele drahtlose Technologien behaupten zwar, ultra-niedrigen Stromverbrauch gewährleisten zu können – und damit jahrelangen störungsfreien Batteriebetrieb. Jedoch, wenn man versucht, die realistische Leistung verschiedener Technologien zu quantifizieren und vergleichen, stößt man schnell auf Hindernisse. Welche Fallgruben gibt es? Worauf muss man bei der Auswahl von drahtloser Konnektivität für ein batteriebetriebenes Produkt achten? Und was leistet die neue Generation der NeoMesh-Technologie in dieser Hinsicht? 

Konnektivität – ein Überblick

Drahtlose Technologien für Applikationen mit geringem Stromverbrauch – oder noch spezifischer: Applikation zur Übertragung vergleichsweise geringer Datenmengen, wie es oft der Fall ist im Bereich IoT und Sensoren – lassen sich entsprechend ihrer Topologie einteilen, also gemäß der Art, wie die Geräte verbunden sind.

•    Punkt-zu-Punkt-Verbindung, oder P2P, wird angewendet in Applikationen, wo Daten allein zwischen zwei Geräten übertragen werden. Das wäre zum Beispiel ein Temperatursensor der Messungen zu einem Gateway sendet.

•    Sterntopologie ist eine Erweiterung von P2P. Hier kommuniziert eine größere Anzahl von Geräten mit einem Master-Gerät. Eine typische Applikation für Sterntopologie ist ein Sensornetzwerk. Neuerdings sind LPWAN-Technologien entstanden wie z.B. LoRaWAN, ein Beispiel einer Sterntopologie. Hier bedient ein Gateway eine Anzahl von Slave-Geräten.

•    Mesh-Topologie wird definiert als ein Netzwerk von Geräten, die mit einer bestimmten Dichte angebracht sind, so dass die einzelnen Knoten mit ihren Nachbar-Knoten kommunizieren können. Auf diese Weise entsteht eine Struktur, die Datenübertragung von einem Sender-Knoten zu einem Empfänger-Knoten über eine Anzahl von zwischenliegenden Knoten ermöglicht, ohne dass Sender und Empfänger notwendigerweise in der Lage sind, direkt miteinander zu kommunizieren. 

Je nach Applikation kann jede dieser Netzwerk-Topologien relevant sein. Geht es aber um Sensornetzwerke und industrielle IoT-Applikationen, sind Stern- und Mesh-Topologien die am besten geeigneten Kandidaten. Für welche von diesen zwei Möglichkeiten man sich entscheidet, hängt von der vorliegenden Anwendungsimplementierung ab.

Keine Universalmethode für drahtlose Kommunikation

In jeder der beschriebenen Topologie-Gruppen gibt es konkurrierende Technologien, die alle ihre Vor- und Nachteile haben. Beim ersten Blick könnte man den Eindruck bekommen, dass sie alle vermarktet werden, als ob sie optimale Performance bieten für alle nur denkbaren Applikationen. Das trifft natürlich nicht zu, und es ist wichtig, dass man gründlich die konkreten Vor- und Nachteile freilegt, bevor man sich auf eine Technologie für ein spezifisches Produkt festlegt.

Bei der Auswahl kann man eine Reihe von Kriterien anwenden. Besonders achten muss man auf Folgendes:

- Die Größe (Byte) von Nutzlastdaten, die zu übertragen sind
- Übertragungszeitplan – wie oft sollen Nutzlastdaten übertragen werden
- Einweg oder bidirektionale Kommunikation
- Leistungsfähigkeit der Stromversorgung
- Geräte-Topologie – Anzahl der Geräte, welche Distanz, dynamisch oder statisch etc.