FBDi-Directory Funktechnologien für industrielle IoT-Anwendungen

Durch die zunehmende Anzahl von Applikationen, die mit dem Internet kommunizieren sollen, bekommen die verschiedenen Funktechnologien einen noch höheren Stellenwert als als es bislang der Fall war.

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

GLYN GmbH & Co. KG

E.E.P.D. Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH

Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Unter Internet of Things (IoT) versteht man gemeinhin die Möglichkeit, mit einem Smartphone oder Tablett-PC eine Applikation zu steuern. Hierbei handelt es sich jedoch de facto um eine M2M-Anwendung („men to machine“ oder „machine to machine“). Zum Einsatz kommen hier unter anderem die unterschiedlichen Bluetooth-Standards, bei denen sich der Nutzer in näherer Umgebung der Applikation befinden muss.

Was unterscheidet das IoT von M2M?

„Echtes“ Internet of Things dagegen ist Fernwirkung beziehungsweise Fernschaltung einer Applikation, wobei deren Intelligenz, wie nachfolgend gezeigt, von dem Gerät in die Cloud wandert. Benötigt werden ein Funkprotokoll für das interne Netzwerk sowie eine Internetverbindung zur Nutzung der Cloud.

Eine Alternative besteht darin, Sensoren via WiFi direkt mit der Cloud und deren Intelligenz kommunizieren zu lassen. Eine weitere Möglichkeit für die interne Kommunikation wird von der Steuerung der Applikation selber realisiert. Hierbei werden die Sensoren mit einem proprietären Netzwerk im Sub-GHz-Bereich oder 2,4-GHz-Band mit der Steuerung vor Ort verbunden. Diese ist ihrerseits an das Internet angeschlossen und kann somit die Daten wie ein Gateway in die Cloud senden.

Bei der ersten Alternative, dem Einsatz von WLAN-basierenden Sensoren, besteht der Mehrwert darin, dass der Sensor nur mit der beim Endkunden vorhandenen WiFi-Topologie, also dem Router, verbunden wird. Somit spart sich der Hersteller die Intelligenz der Steuerung im Gerät vor Ort und verschiebt diese gleich in die Cloud.

Zu bedenken ist hierbei, dass beim Endkunden ein sehr hoher Traffic in Richtung WiFi-Router entsteht, und dadurch Latenzzeiten auftreten. Außerdem müssen die eingesetzten WLAN-/WiFi-Module mindestens über den WiFi-Stack und das TCP/IP an Bord verfügen. Dies hat zur Folge, dass während des Sendevorgangs ein Strom von bis zu 430 mA vom Modul verlangt wird. Gerade bei einer batteriegetriebenen Sensorik wirkt sich das nachteilig auf die Lebensdauer aus.

Proprietäres Netzwerk und intelligente WLAN-Module

Aus diesen Gründen empfiehlt es sich, bei den Sensoren ein proprietäres Netzwerk an die Steuerung der Applikation anzubinden. Eine Möglichkeit im Sub-GHz-Band ist z.B. das RFTide-Netzwerk des Herstellers AUREL, das auf 868MHz-Modulen basiert. Die Transceiver haben den Stack an Bord und lassen sich daher leicht implementieren. Für hohe Reichweiten bis zu 12 km sind zudem Tranceiver verfügbar, die auf der LoRa-Technologie basieren.

Um die Steuerung der Applikation bei einer vorhandenen WLAN-Topologie als Gateway zu nutzen, empfiehlt sich der Einsatz eines intelligenten WLAN-Moduls, beispielsweise das PAN9320 von Panasonic. Dieses Derivat verfügt über einen internen 32-bit µC-Controller, auf dem der WiFi-Stack, das TCP/IP, ein Access Point und weitere Funktionen bereits implementiert sind.

Das Modul wird seitens Host mittels einer UART angesprochen und ist gleichzeitig Master (Access Point) und Client. Diese Funktion ermöglicht es, die Steuerung als Client am vorhandenen Router anzubinden. So lassen sich auch eventuelle Servicearbeiten vor Ort von Spezialisten ausführen, ohne dass der Endkunde dem Servicespezialisten das WPA2-Passwort des Routers geben muss.

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