6LoWPAN könnte einigen Funkstandards den Rang ablaufen
Das Internet erreicht die drahtlose Sensornetz-Welt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Smartphone steuert Leuchte
Zur Veranschaulichung einer Anwendung in der Praxis hat der deutsche Halbleiterhersteller ZMDI ein Demokit einer Beleuchtungssteuerung auf Basis seiner 6LoWPAN-Module ZWIR4512 entwickelt. Es feierte auf der embedded world 2011 am Rutronik-Stand Premiere. Rutronik hat die Exklusiv-Vertriebsrechte für das im Demokit integrierte Modul ZWIR4512. Auch die Isernet-6LoWPAN-Bridge und die Android-App zur Steuerung via Smartphone sind bei Rutronik erhältlich.
Man konnte sehen, wie sich Leuchten von einem handelsüblichen Android-Smartphone unter Zuhilfenahme eines Wireless LANs steuern - dimmen oder schalten - lassen. Um mit den Lampen kommunizieren zu können, verband sich das Android Smartphone zunächst mit einem handelsüblichen WLAN-Router. Dieser war über Ethernet mit einem Gateway verbunden, das die Umsetzung von Ethernet nach IEEE 802.15.4 machte. Zusätzlich fügt das Gateway die 6LoWPAN-Schicht in den Protokoll-Stapel ein, um die effektive Nachrichtenübertragung zu gewährleisten. Das Smartphone konnte so direkt mit den Funkmodulen in den Leuchten kommunizieren.
Da die Kommunikationslatenz unterhalb von 100 ms lag, war diese für den Menschen praktisch nicht wahrnehmbar. Als besondere Funktion zeigte man zusätzlich auf, wie sich unter Zuhilfenahme von IPv6-Multicast-Adressierung dynamisch Gruppen von Leuchten bilden lassen und diese simultan steuerbar waren.
ZMDIs ZWIR4512
ZMDIs ZWIR4512 ist ein Funkmodul, das alle RF-Komponenten und einen leistungsfähigen ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller STM32 integriert. Es enthält eine Vielzahl von Peripherie-Komponenten für die Interaktion mit der Außenwelt. Als Schnittstellen stehen 2 x UART, SPI, USB, CAN und I2C zur Verfügung. Dazu können Applikationen auf bis zu 8 ADC-Kanäle, 2 DACs, 11 PWM-Ein- bzw. Ausgänge, sowie 8 Timer zurückgreifen. Anstelle dieser Funktionalitäten können die 19 GPIOs auch als einfache digitale Anschlüsse genutzt werden. Trotz der umfangreichen Funktionalität begnügt sich das Modul mit weniger als 14 mA Strom im Emfangs- und ca. 18 mA Strom im Sende-Modus. Im Standby-Modus werden lediglich 3,7 µA benötigt. Die Versorgungsspannung liegt im Bereich von 2,0 V bis 3,6 V. Das 30-polige oberflächenmontierbare Modul misst 28 x 16,5 x 3,5 mm und ist von -20°C bis +70°C verwendbar. Kunden können den integrierten STM32-Controller direkt für die Applikationsentwicklung verwenden.
ZMDI liefert zum Modul eine Reihe von Firmware-Bibliotheken, welche verschiedene Funktionalitäten realisieren. Dazu gehören neben einer 6LoWPAN-Bibliothek, welche die Netzwerk-Funktionalität kapselt, auch zwei Sicherheits-Bibliotheken für die Verschlüsselung und Authentisierung von Daten auf Basis der IPSec (Internet Protocol Security) und IKEv2 (Internet Key Exchange). Damit erreicht man ein ähnliches Sicherheitsniveau wie in VPNs (Virtual Private Networks), welche die gleichen Techniken verwenden. Zusätzlich sind Bibliotheken für Firmware-Aktualisierung über Funk sowie den einfachen Zugriff auf die Peripherie-Bausteine des Mikrocontrollers erhältlich. Ein Entwicklungskit steht auch zur Verfügung.
Die ZWIR4512-Funkmodule arbeiten in der EU im lizenzfreien 868,3-MHz-Frequenzband. Das hat zweierlei Vorteile: Zum einen st das Band gut durchregliert, so dass Störungen selten sind. Zum anderen besitzen Funkwellen in diesem Frequenzband im Vergleich zum IS-Band um 2,4 GHz sehr gute Ausbreitungseigenschaften und ermöglichen damit die Überbrückung relativ großer Distanzen. Sollte dies nicht ausreichend sein, ermöglicht die Firmware den Betrieb der Module als so genanntes Mesh-Netzwerk. In solchem Netzwerk werden Daten - sofern einer deren Ziel-Knoten nicht direkt erreichbar ist - über erreichbare Knoten transportiert. Das erfolgt transparent für den Benutzer und erfordert keinerlei Konfiguration des Netzwerks.
Torsten Limberg, Produkt Manager bei ZMDI erläutert das Produktkonzept: »Ein zentrales Ziel bei der Entwicklung der Module und ihrer Firmware war eine möglichst einfache Benutzbarkeit. Auch unerfahrene Programmierer können mit unserer Lösung innerhalb weniger Stunden eine eigene kleine Applikation entwickeln.«
- Das Internet erreicht die drahtlose Sensornetz-Welt
- Smartphone steuert Leuchte
- Was ist IPv6?
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