Aus dem Facharchiv: Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Betriebsführung
Funktechnologie im Zeitalter von IoT und Industrie 4.0: Niedrigenergie-Weitbereichs-Netzwerke im Überblick (2)
Weltweit sehen Analysten im „Internet der Dinge“ eine schnell wachsende, ersetzende innovative Technologie, die bereits im Jahre 2020 durch mehr als 20 Milliarden Sensoren in Maschinen, Geräten und Fahrzeugen eine Unmenge an Informationen verfügbar macht.
Diese werden sich nur mit den Algorithmen der künstlichen Intelligenz und Analysemethoden des „tiefen Lernens“ (deep learning) und Datenmanagements nutzen und beherrschen lassen.
Eine Vielzahl neuer Geschäftsmodelle wird unter teilweiser Verdrängung herkömmlicher aufkommen. Das Internet of Things (IoT) hat das Potential, die Effizienz und Nachhaltigkeit wirtschaftlicher Prozesse, von Mobilität, Ressourcenverbrauch, Umweltschutz, Sicherheit, im Sozialbereich, … neu zu definieren. Eine der wesentlichsten Voraussetzungen für eine erfolgreiche Entwicklung liegt in der sicheren Kommunikation mit den Sensoren als Nervenzellen der IoT-Gesellschaft. Sie wird aus Gründen der Flexibilität und Dynamik überwiegend drahtlos und batteriebetrieben erfolgen. Dabei sind die Funkverfahren so zu wählen, dass sie den Anforderungen in Bezug auf
- Datenmengen,
- Zugriffshäufigkeit,
- Energieeffizienz für lange Batterielebensdauer,
- Latenzzeiten,
- Zuverlässigkeit,
- Abdeckung und Sicherheit, usw.
optimal angepasst sind. Man kann sie unter dem Überbegriff LPWAN (Low Power Wide Area Network) zusammenfassen (Bild).
Hauptanforderungen an LPWA-Netze
Drei „C“ charakterisieren die Hauptanforderungen an IoT-LPWA-Netze:
1. Cost: Geringe Kosten für Geräte und Dienste.
2. Coverage:Große Reichweite und Flächenabdeckung.
3. Current: Lange Batterielebensdauer durch niedrige Stromaufnahme.
Ein LPWA-Gerät soll 10 Jahre lang ohne Batteriewechsel im Feld funktionieren, eine Entfernung von bis zu 10 km zur Basisstation überbrücken und weniger als 10 Byte/h übertragen. In einer Funkzelle sollen über 10 000 Geräte mit der Basisstation in Verbindung stehen können.
Grundsätzliches
Die direkte Funkkommunikation tausender Sensoren mit dem Anwender, der daraus seine Schlüsse zieht und Reaktionen ableitet, ist nur in Nahbereichsszenarien denkbar. Bei größeren Distanzen müssten die Sendeleistungen unzulässig hoch sein und die Frequenzressourcen wären schnell erschöpft. Die Topologie eines IoT-Netzes sieht deshalb ein Netz von Basisstationen (Konzentratoren) vor, die über kurze bis mittlere Distanzen in einer Funkzelle mit den Sensoren drahtlos und energiearm kommunizieren und den Datenverkehr über eine „Cloud“ (Wolke, z. B. das Internet) zum Anwendungsserver (Application Server) des Nutzers weiterleiten.