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Drahtlose Sensornetze

Autonomes Funken in der vernetzten Welt

2. März 2020, 14:45 Uhr | Christian Mauderer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Funkende Sensoren

Bei der Hausautomatisierung gibt es meist gut versorgte Empfänger, die ständig auf neue Nachrichten der Sensoren hören können. Alternativ wäre zum Beispiel ein einzelner Knoten möglich, der sich aus einer Batterie, einer großen Solarzelle oder aus mehreren Quellen versorgt, so dass er aktiv bleiben und Daten an die Zentrale weiterleiten kann. Alle anderen Knoten können dann zu einem beliebigen Zeitpunkt Daten senden und somit ihre Energie deutlich besser einteilen.

Um einige Steuerinformationen auch in die andere Richtung senden zu können, müssen Pakete auf den besser versorgten Knoten für die Energie sammelnden Knoten zwischengespeichert werden. Meldet sich der Harvesting-Knoten wieder, können die Daten versandt werden. Dafür muss dieser Knoten nach jeder Meldung einen kurzen Empfangsslot reservieren.

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Auch wenn die meisten Automatisierungssysteme ähnlich sind, kann man durch eine für die jeweilige Messgröße angepasste Optimierung der Hardware und des Protokolls noch einmal ein besseres Ergebnis erzielen. Ebenso erfordert es eine Anpassung, wenn die Einbindung in bestehende Automatisierungssysteme verschiedener Hersteller nötig ist. Daher sollten Systeme möglichst modular und leicht anpassbar sein, damit sie an verschiedenen Stellen einsetzbar sind. Eine Festlegung auf nur eine Energiequelle wie zum Beispiel Solar ist für Windsensoren ungeeignet, da auch in der Nacht Wind auftreten kann. Fest verbaute Sensoren decken oft den Bedarf nur teilweise ab. Ein universeller Funkstandard benötigt meist deutlich mehr Energie, da auch für nicht genutzte Funktionen zusätzliche Verwaltungsdaten anfallen. Dafür notwendige zusätzliche Felder im Header machen das Datenpaket und damit auch die nötige Sendezeit länger und können dazu führen, dass die Energie nicht einmal für ein Paket ausreicht.

Viele Einsatzmöglichkeiten in der Industrie

Embedded Brains hat aufbauend auf seiner Erfahrung in der Entwicklung von Mikrocontrollersystemen aller Größen sowie von Funkmodulen eine Basisplattform für Funksensorknoten entwickelt. Der Funknetzknoten Elephant (Extensible Low Energy Sensor Platform for Harvesting Applications and different Network Topologies) basiert auf einem STM32-Controller mit einem Arm-Cortex-M-Kern sowie einem sparsamen Funkchip. Die Versorgung lässt sich je nach Bedarf auf unterschiedliche Harvesting-Quellen anpassen. Ein universeller Anschluss für die Sensorik macht das System modular erweiterbar. Den Basisknoten kann man ohne großen Aufwand mit PC-Schnittstellen ausstatten, sodass eine Anbindung an bereits vorhandene Automatisierungssysteme einfach möglich ist. Der Einsatz des auf Sensornetze ausgelegten Betriebssystems Contiki ermöglicht es, eine große Anzahl vorgefertigter Software-Komponenten und verschiedenste Protokolle zu verwenden.

Das Projekt Elephant deckt als flexibel anzupassender Technologieträger ein breites Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten ab. Die Einsatzmöglichkeiten im industriellen Bereich reichen von der Füllstandsüberwachung über Gebäudeautomatisierung bis zur Multi-hop-Vernetzung größerer Flächen in Industrieanlagen, zum Beispiel um Maschinen, Förderanlagen, Kläranlagen und Rohrleitungen zu überwachen.

Das Unternehmen hat unter anderem internetfähige Funksteckdosen entwickelt, die durch IPv6-fähige Computer und Smartphones gesteuert werden. Die Steckdosen haben eine eigene IPv6-Adresse und sind drahtlos mit dem Internet verbunden. Verbraucher können ihre Geräte von überall aus steuern, die Waschmaschine beispielsweise erst dann anschalten, wenn der Strom billig ist. Außerdem lässt sich der Energieverbrauch der angeschlossenen Geräte remote abfragen. Die Firmware lässt sich komfortabel drahtlos aktualisieren. (kv)