Aus dem Facharchiv: Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Betriebsführung
Funktechnologie im Zeitalter von IoT und Industrie 4.0: Langjähriger, wartungsfreier Betrieb funkbasierter Sensoren (3)
Die Infrastruktur des Internets der Dinge wird ein hybrider Technologiemix sein, der energiesparend, zuverlässig und sicher sein muss. Ein energieautarkes Sensorsystem lädt seinen Energiespeicher stets bei verfügbarer Umgebungsenergie auf und stellt diese nur bedarfsweise der verbrauchs- optimierten Messelektronik und Funkschnittstelle zur Verfügung. Dem Wachstum von IoT-Anwendungen werden in den nächsten Jahren enorme Steigerungen prognostiziert.
Das Statistik-Portal Statista [1] erwartet bereits im Jahr 2020 25 Milliarden vernetzter Geräte weltweit. Rein rechnerisch sind das bei einer dann prognostizierten Weltbevölkerung von etwa 7,8 Milliarden Menschen 3,2 vernetzte Geräte pro Person. Die Analysten des US-Marktforschers Gartner rechnen ebenfalls mit 25 Milliarden vernetzter Dinge, ohne Berücksichtigung von Smartphones, Tablets und PCs. Der Netzwerkausrüster Cisco [2] erwartet sogar, dass in zwei Jahren 50 Milliarden „Dinge“ über das Internet vernetzt sein werden. Aber gleichgültig, ob überschwängliche oder verhaltene Voraussagen eintreffen werden – ein gewaltiger Wachstumsmarkt in den Kategorien Consumer, Industrie und Business ist im Begriff zu entstehen. Dabei ist die Vielfalt der Anwendungen und daraus resultierender Geschäftsmodelle unerschöpflich und heute nicht annähernd zu überschauen.
Megatrend Konnektivität
IoT-Anwendungen mit Fernzugriff können heute auf einer Vielzahl von Funktechnologien aufsetzen. Allen gemeinsam ist ein geringer Energieverbrauch zur Realisierung möglichst langer Batterielaufzeiten.
Der Mobilfunk als sichere und abdeckungsstarke Option ist inzwischen durch LTE-M für LPWA-IoT-Anwendungen fit gemacht worden. LPWA [3] ist die Abkürzung für Low Power Wide Area (niedriger Energieverbrauch – große Reichweite), einer Technologie, welche die kosten-, energie- und bandbreitesparenden Verbindung vieler Endpunkte über große Distanzen ermöglicht. Proprietäre Ansätze wie Sigfox [3] und LoRa [3] verfolgen bereits in ihren Ansätzen diese Ziele.
Ob ein Angebot und welches den Markt dominieren wird, ist schwer abzusehen. Wahrscheinlich ist eher das komplementäre Zusammenwirken unterschiedlicher Infrastrukturkonzepte:
- Glasfaser,
- Satellit,
- LTE (4G),
- 5G,
- lizenzierte und lizenzfreie Technologien,
- WiFi,
- Höchstfrequenzkleinzellennetze (24 GHz), usw.
Damit lässt sich der massiv zunehmende Bedarf an Flexibilität durch Optimierung von
- Konvergenz,
- Bandbreite,
- Reichweite,
- Abdeckung,
- Mobilität,
- Dichte,
- Verfügbarkeit,
- Realisierungsdauer,
- Latenz,
- Energieverbrauch und
- Kosten
abdecken. Die erforderlichen Gateways zur Protokollumsetzung und Anpassung an die jeweiligen Übertragungsmedien sind technisch kein Problem und werden durch entsprechende ebenfalls stromsparende Halbleiterchips kostengünstig realisierbar.
Energy Harvesting
Man kann sich vorstellen, dass bei zig Milliarden batteriegespeister IoT-Endgeräte trotz Batteriewechselintervallen von 10 Jahren, ein erheblicher Aufwand eben dafür entsteht. Bei 50 Milliarden solcher „Dinge“ müssten täglich immerhin 1,37 Millionen Batteriewechsel stattfinden [4]. Die damit verbundenen Arbeitskosten sind meist höher, als die Batteriekosten selbst. Versäumt man den Austausch der Batterien, kann das mit mehr oder weniger gravierenden Folgen verbunden sein. Sicherer und nachhaltiger ist es, die „Dinge“ dauerhaft mit Energie zu betreiben, die aus deren Umfeld durch Energy Harvesting [5] (Energie ernten) gewonnen werden (Bild 1).
