Optimale Funktechnologien für das Internet of Things
Entscheider stehen bei der Konzeption von Produkten mit Funkschnittstelle immer vor der Frage, welche Funktechnologie eingesetzt werden soll. Die individuellen Anforderungen des Produkts und der Umgebung sind dabei immer verschieden, die Auswahl an Funktechnologien ist sehr groß. Häufig werden dann viele Meinungen eingeholt, zumeist von Halbleiter- oder Funkmodulanbietern. Es vergeht unter Umständen viel Zeit. Und nach getroffener Entscheidung bleibt oft die Unsicherheit bestehen, ob wirklich alle wichtigen Aspekte bei der Auswahl berücksichtigt wurden.
IK Elektronik als unabhängiger Entwicklungs- und Fertigungsdienstleister empfiehlt vor solchen Entscheidungen stets die Durchführung einer Konzeptionsphase, in der alle Anforderungen des Produkts und Projekts geprüft und definiert werden. Auf Basis eines Vergleichs der Vielzahl der Funktechnologien wird dann die wirklich optimale Technologie ausgewählt. Auch Musteraufbauten sind hier möglich, um die Eigenschaften zu testen und zu bewerten.
So sorgen wir dafür, dass wirklich alles, was gebraucht wird, realisiert werden kann: ALL IN!
Folgende Parameter spielen bei der Auswahl eine wesentliche Rolle
- Datenmenge
- Reichweite
- Regulatorische Bedingungen
- Leistungsaufnahme, besonders bei Batterielösungen oder Energy Harvesting Baugruppen
- Punkt-zu-Punkt-Verbindung oder Netzwerk mit vielen Teilnehmern
- Kurz- und langfristige Verfügbarkeit von Bauteilen, Anzahl der Anbieter
- Preis der Funkkomponente
- Preis einer Entwicklung
- Lizenzkosten und sich wiederholende Kosten
- Lokale Funkvernetzung oder Cloud-Lösung
- Bauraum und Antennen
- Vorhandene Komponenten und Infrastruktur
- Kompatibilität
- Datensicherheit (Verschlüsselung)
- Verfügbarkeit (Zuverlässigkeit)
- Qualität der Funkverbindung (QoS)
- Echtzeitfähigkeit
- Anlernen neuer Teilnehmer
- Firmwareupdate
- Verfügbarkeit der Funkverbindung
- Umweltbedingungen (Temperatur, mechanische Beanspruchung u.a.)
Wir möchten Ihnen hier eine erste Übersicht zu den derzeit verfügbaren Funktechnologien geben für die Funkvernetzung in Industrie, Smart Home, Smart Meters und Smart City und für das Internet of Things. Sprechen Sie uns bitte an, wenn Sie weitere Unterstützung für Ihr Projekt benötigen oder an weiteren Details interessiert sind.
Funktechnologien für die lokale Vernetzung
Lokale Funknetzwerke für kurze Entfernungen, z.B. im Haus, arbeiten meist mit einem Gateway, der die Verbindung zu allen Funkteilnehmern über kürzere Entfernungen herstellt und andererseits eine Verbindung zur Außenwelt (auch die Cloud) oder dem Anwender im Haus gewährleistet. Für die lokale Vernetzung stehen folgende Funktechnologien zur Verfügung (Auswahl):
| Funktechnologie | Frequenzen (Europa) | Einige Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Proprietäre Lösungen | Beliebig, vorzugsweise SRD-Frequenzen 433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz | Beliebige Eigenschaften realisierbar, optimierbar auf alle Anforderungen (einschließlich Preise), unter Umständen hohe Entwicklungskosten für komplexere Anwendungen, stets Insellösung | Beliebig, auf Grund Entwicklungsaufwand vorzugsweise einfache preiswerte Systeme oder Systeme mit besonderen Anforderungen |
| ANT / ANT+ | 2,4 GHz | Geringe Datenraten, geringe Leistungsaufnahme. Smartphone als Endgeräte, zusätzliche Lizenzkosten | Wearables, mobile Anwendungen |
| Bluetooth Low Energy | 2,4 GHz | Große Verbreitung am Markt, günstige Module und ICs verfügbar, Smartphone als Endgeräte, weltwelt zulassbar, zusätzliche Kosten für Bluetooth SIG | Smart Home, mobile Anwendungen |
| DECT ULE | 1,9 GHz | Exklusives Frequenzband, hohe Sicherheit und Reichweite, spezielle ICs und Entwicklungstools notwendig | Smart Home, Telefonie |
| EnOcean | 868 MHz, 2,4 GHz | Geringe Leistungsaufnahme, für Energy Harvesting optimiert, für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, ID Vergabe durch EnOcean Alliance | Smart Home, Industrietechnik |
| HomeMatic (BidCos) | 868 MHz | Wenig Anpassungsmöglichkeiten, als Funkmodule erhältlich | Smart Home |
| KNX RF | 868 MHz | Funkversion des KNX Busses für die Hausautomatisierung, zusätzliche Kosten für KNX Association | Smart Home |
| LoRa, LoRaWAN | 868 MHz | Weltweit verfügbar (in Varianten), Hohe Reichweiten, erweiterbare Funknetzwerke, sehr geringe Datenraten und keine Echtzeitübertragung | Smart Meters, Smart Home |
| Lemonbeat | 868 MHz | Mikrocontroller-Betriebssystem für Funkvernetzung | Smart Home |
| MIOTY | 868 MHz | Geringe Datenraten, hohe Reichweiten | Industrietechnik |
| NeoMesh | 434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz | Automatisches Routing, speziell für Funknetzwerke | Industrietechnik |
| RIIM | 868 MHz, 915 MHz | IPv6-basiert, IEEE802.15.4 g/e Protokoll, direktes Verbinden mit Sensoren und Aktoren | Industrietechnik |
| Ultra-wideband (UWB) | 3,5 bis 6,5 GHz | Hohe Datenraten bei geringen Reichweiten | Industrietechnik |
| Variomesh | Beliebig, vorzugsweise SRD-Frequenzen 433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz | Beliebig konfigurier- und anpassbar, verteilte Netze mit wenig Daten, vielen Teilnehmern auf großer Fläche | Smart Home, Beleuchtungssteuerung |
| Weightless-P | 868 MHz | Viele Teilnehmer, geringer Stromverbrauch | Smart Home, Industrietechnik |
| Wireless MBus / OMS | 868 MHz | Funkversion des M-Busses, speziell zugeschnitten für Übertragung von Verbrauchsdaten / Submetering | Smart Meters |
| WLAN / WiFi | 2,4 GHz, 5 GHz | Weltweit stark verbreitet, geringe Reichweiten und hohe Datenraten, hohe Leistungsaufnahme, häufige Produktwechsel bei Modulen | Smart Home, Datenübertragung für große Vielzahl von Anwendungen |
| ZigBee (Connectivity Standards Alliance) | 2,4 GHz | Weit verbreitet, in verschiedenen Ausbaustufen anwendbar (IEEE 802.15.4) | Smart Home, Industrietechnik |
| ZWave | 868 MHz | Günstige Module, nur wenige Bauteilhersteller | Smart Home |
Die direkte Verbindung in die Cloud
Wer ohne Gateway auskommen möchte oder muss, oder wenn Funkteilnehmer über ein großes Gebiet verteilt sind, kann eine direkte Verbindung mit einem IoT-Funknetzwerk genutzt werden. Hierfür fallen meist Nutzungsgebühren an. Die Tabelle zeigt übliche Funktechnologien und Anbieter (Auswahl).
Neben den nachfolgend genannten Funktechnologien sind Verbindungen in die Cloud auch via Anbindung der lokalen Funknetze über ein Gateway realisierbar. Im Falle von LoRaWAN, Weightless-P oder WLAN kann dafür auch eine allgemein nutzbare Infrastruktur zur Verfügung stehen, die über Access Points den freien oder kostenpflichtigen Zugang zur Cloud ermöglicht.
| Funktechnologie | Frequenzen (Europa) | Einige Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Funkrufnetz | 466 MHz, POCSAG | Nur unidirektional (von Zentrale zum Teilnehmer), flächendeckend verfügbares Netz mit hoher Durchdringung | Alarmierung, Signalisierung, Broadcast, StromPager DX |
| Mobilfunk (GSM, GPRS etc.) | Mobilfunk-Frequenzbänder | Weltweit verfügbar (in Varianten), Erfordert Mobilfunkmodem mit SIM, hohe Leistungsaufnahme, höhere Datenraten | Smart Meters (Gateways), dezentrale Sensoren und Aktoren |
| Mobilfunk (NB-IoT, M1) | Mobilfunk-Frequenzbänder | Weltweit verfügbar (in Varianten), Hohe Reichweiten, hohe Datenraten | Dezentrale Sensoren und Aktoren, Smart City |
| Sigfox | 868 MHz | In vielen Regionen verfügbar (im Ausbau), günstige Module, geringe Datenraten und Datenmengen, geringe Leistungsaufnahme | Dezentrale Sensoren, Smart City |
ANSPRECHPARTNER
Christian Becker:
Leiter Technologie und Softwareentwicklung