Können HF und Powerline Communications Beleuchtungsnetze steuern?

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Wireless- und Powerline-Communication

Zwei unterschiedliche Technologien, die eine Antwort auf diese Anforderungen liefern, gewinnen an wirtschaftlicher Bedeutung: Wireless Communication auf Basis des ISM-Frequenzbereichs und Powerline Communication, die über das vorhandene Stromnetz läuft. Aber sind diese Technologien bereits für die Beleuchtungsindustrie einsatzfähig?

Bluetooth und WiFi sind die beiden bekanntesten Wireless-Protokolle. Beide kommen auf breiter Basis im Computer- und Consumer-Bereich zum Einsatz. Allerdings ist keine dieser Technologien für Anwendungen der Lichtsteuerung geeignet. Das liegt an den besonderen Betriebsbedingungen eines kabellosen Netzwerks für die Beleuchtung. Ein solches muss:

• Viele Knoten über eine große Distanz unterstützen

• Stromsparend operieren und Stand-By-Modus unterstützen. Das trifft insbesondere auf drahtlose Schalter oder Sensoren zu, die nicht mit der Hauptstromversorgung verbunden sind

• Beim Start-Up die Geräte schnell miteinander verbinden

• Keine großen Kosten zur Beleuchtungsausstattung beitragen

Ein geeignetes Protokoll ist von der Anwendung abhängig

Aufgrund dieser Anforderungen sind Bluetooth und WiFi nicht geeignet, da beide Systeme nur eine begrenzte Anzahl Knoten innerhalb eines bestimmten Radius unterstützen. Darüber hinaus verbrauchen diese Technologien viel elektrische Energie und benötigen beim Anschalten viel Zeit, um die Geräte zu verbinden. Hier sind ander HF-Protokolle vorzuziehen.

Allerdings bringen diese eine Kombination unterschiedlicher Vor- und Nachteile mit sich. Hersteller von Steuerungssystemen für Beleuchtung müssen für sich ein geeignetes Protokoll wählen, das die jeweiligen Anforderungen erfüllt und unter den besonderen Betriebsbedingungen auch einsatzfähig ist.

Straßenbeleuchtung und Netzwerk: Lange Distanz zwischen den Knoten

Es lassen sich zwei Anwendungstypen trennen, die unterschiedliche Betriebsbedingungen zur Folge haben: Die Beleuchtung für den Innen- und Außenbereich. Im Außenbereich für Straßenbeleuchtungen muss das Protokoll eine lange Distanz zwischen den Knoten überbrücken und ein langes, dünnes Netzwerk unterstützen.

Für Anwendungen im Innenbereich ist der Abstand zwischen den Knoten weniger entscheidend, da diese enger zusammen liegen. Das Protokoll sollte allerdings eine Baum- oder Mesh-Struktur unterstützen. Damit lässt sich die Ausdehnung des Netzwerks vergrößern, da jeder Knoten als Verstärker operiert.

Einfache Baumtopologie zur Beleuchtungssteuerung

Die komplexere Mesh-Topologie bietet vielfältige Pfade für das Signal und gemeinsam mit der Funktionalität der Selbstreparatur, die oft in Mesh-Protokollen zu finden ist, hält sie das Netzwerk in Betrieb.

Auch wenn ein Knoten ausfallen sollte, bricht nicht das gesamte Netzwerk zusammen. Von Nachteil ist die Verwaltung eines Mesh-Netzwerks, da dieses relativ komplex ist und umfangreichere Prozessor-Ressourcen benötigt.

Aus diesem Grund findet sich in Netzwerken zur Beleuchtungssteuerung häufiger die einfachere Baumtopologie.

Die Wahl des verwendeten Protokolls

Die Reichweite zwischen den Knoten hängt hauptsächlich vom übertragenen Strom, der Empfängerempfindlichkeit, der Frequenz und den Ausbreitungsbedingungen ab. Bei gleichen Rahmenverhältnissen hat ein System mit niedrigerer Frequenz bei <1 GHz) die größere Reichweite und eine bessere Fähigkeit, Mauerwerk und andere Hindernisse zu durchdringen. Solch ein Systemt benötigt allerdings mehr elektrische Energie.

Systeme mit 2,4 GHz bieten entgegengesetzte Vorteile: geringere Größe, weniger Enerige, höhere Datenraten und ein schnelleres Netzwerk-Management. Beim Test von HF-Technologien sollten Hersteller von Systemen zur Beleuchtungssteuerung eine Bandbreite an Faktoren in Betracht ziehen:

• Funktionalität des Standards und Auswahl der Topologie vs. Komplexität und Verbrauch an Prozessor-Ressourcen

• Frequenz versus Reichweite und Stromverbrauch

Ist eine Entscheidung zu diesen übergeordneten Anforderungen gefällt, muss der Designer sich für den Einsatz eines Protokolls entscheiden. ZigBee ist der am weitesten verbreitete Wireless-Netzwerk-Standard, der die Anforderungen von Beleuchtungsnetzwerken erfüllt. Zu den Hauptspezifikationen zählt ein Betrieb bei 868 MHz in der EU, 915 MHz in den USA und 2.4 GHz weltweit; bis zu 250 kBits/s an Datenübertragungsrate, 100 m Reichweite (im Freien bei 0 dbm Stromverbrauch bei 2,4 GHz). Unterstützt werden sowohl die Baum- und die Mesh-Topologie.

Geräte unterschiedlicher Hersteller kommunizieren miteinander

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