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Mess- und Prüftechnik / Kommunikation

Drahtloser ins IIoT

6. November 2018, 20:24 Uhr | Matt Maupin, Senior Product Manager, Silicon Labs

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Kabelgebunden oder kabellos?

Mit ihrer Evolution muss die Automatisierung eine breitere Perspektive einnehmen und z.B. abgestimmt auf die globale Nachfrage, lokale Logistik und die Lieferkette als Ganzes anpassen. Die Verwaltung der Bewegungen aller beschreibenden Daten erfordert eine Netzwerktopologie. Die meisten heutigen Netzwerke arbeiten paketbasiert. In jedem Paket befindet sich eine Nutzlast (aus Daten), auch Payload genannt. Normalerweise wird ihr ein Header (mit Routing-Daten) vorangestellt. Und auf die Nutzlast folgt ein Trailer (mit nützlichen Daten wie etwa Fehlerkorrektur).

Dieses grundlegende Format kommt sowohl in kabelgebundenen wie auch in kabellosen (Wireless-)Netzwerken vor. Mit Parametern wie Latenz und Bandbreite lässt sich auswerten, wie gut ein Netzwerk Daten übertragen und zustellen kann. Diese Fähigkeit wird mit der zunehmenden Automatisierung und Verteilung von Branchen immer wichtiger. Für ein Wireless-Netzwerk sind weitere wichtige Parameter zu berücksichtigen, wie etwa Reichweite, Robustheit und Energieumsatz.

Eine genauere Betrachtung des Stromumsatzes bei Wireless IIoT-Netzwerken: kabelgebundene Netzwerke führen die Energie für die Verbindung über das Kabel zu. Bei Wireless-Netzwerken muss die Energie zur Verfügung gestellt oder irgendwo her bezogen werden. Damit kommt dem Stromumsatz bei Wireless-IIoT-Netzwerken eine hohe Bedeutung zu. Wireless IIoT-Geräte müssen also Kompromisse in Bereichen wie Sendestärke, Betriebsmodus mit geringer Einschaltdauer („Duty Cycle“) und Durchsatz eingehen.

Die Reichweite ist eng mit der Betriebshäufigkeit eines Wireless-Netzwerkes verknüpft. Netzwerke, die im sub-GHz-Bereich betrieben werden, haben typischerweise eine höhere Reichweite (bei vorgegebener Energie), als diejenigen, die im 2,4-GHz-Spektrum arbeiten. Allerdings kann die Reichweite von 2,4-GHz- und vielen beliebten Funk-Technologien wie Zigbee, Thread und Bluetooth Mesh durch Wireless-Mesh-Technologien erhöht werden. Diese Protokolle sind auch wichtig für die Zukunft des IIoT, aufgrund der Anerkennung von Standards und der Nutzung von 2,4-GHz-Bändern. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass das IIoT Protokolle übernehmen wird, die sowohl im 2,4-GHz- als auch im sub-GHz-Band gelten.

IP-Überlegungen

Der Sinn und Zweck von Wireless-IIoT-Netzwerken liegt in der zuverlässigen Übertragung und Zustellung von Daten. Der Bereich IP (Internet Protocol) ist hier zunehmend wichtiger geworden. IP sorgt für größere Interoperabilität und einfacheren Zugang sowie leichtere Verwaltung der Daten. Die Protokolle Thread und 6LoWPAN nutzen dasselbe IP-Format wie das restliche Internet. Das vereinfacht die Adressierung eines spezifischen Endpunkts mit Hilfe herkömmlicher Internet-Technologie. Ein auf Zigbee basierendes Netzwerk, das nicht „IP-aware“ ist, benötigt ein Gateway, um Nachrichten zwischen den beiden Domains zu übersetzen. Allerdings gibt es immer mehr serienfertige Gateways und Hubs, die Zigbee quasi als Brücke mit dem Internet verbinden. Damit ist einfacher Zugang zu Geräten und Daten im Zigbee-Netzwerk möglich.