Sensor-Netzwerke Low-Energy-Trends für das Internet of Things

Die intelligente Bereitstellung von Energie - etwa für Sensoren - entwickelt sich im Internet der Dinge zunehmend zu einem zentralen und wettbewerbsentscheidenden Faktor.

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Die Möglichkeit, einen Sensorknoten anstelle von Wochen über Monate oder sogar Jahre hinweg zu betreiben, bringt Chip- und Systementwickler dazu, nach neuen Wegen der Bereitstellung großer Gerätenetzwerke zu suchen. Die neueste Innovation stammt von einem Unternehmenskonsortium namens Thread, das die Einführung eines Low-Power-Protokolls für Geräte plant, die das unlizenzierte 2,4-GHz-Band nutzen.

Das Thread-Protokoll basiert auf der Arbeit von Nest, einem kalifornischen Startup-Unternehmen, das einen intelligenten Thermostat und einen vernetzten Rauchmelder entwickelte. Zum Thread-Konsortium gehören neben Nest, das sich mittlerweile im Besitz von Google befindet, der Kernentwickler ARM, der Low-Power-Chip-Spezialist Silicon Labs, Samsung Electronics, Freescale Semiconductor, Big Ass Fans sowie der Schlosshersteller Yale Security. ARM dominiert unter der Vielzahl von Chip-Herstellern den Bereich der drahtlosen Controller und ist daher ein wichtiger Partner für Thread. Hersteller von Klimaanlagen und Schlössern gehören zum Konsortium, da dies die Endprodukte sind, die über das Internet gesteuert werden sollen.

Die von Thread entwickelte Technologie basiert auf 6LoWPAN, welches das drahtlose 802.15.4-2,4-GHz-Protokoll verwendet, das auch von ZigBee genutzt wird, obgleich sich beide Standards voneinander unterscheiden. 6LoWPAN wurde speziell für die Unterstützung des größeren IPv6-Adressraums, der für das IoT benötigt wird, in Verbindung mit einem Low-Power-Netzwerk mit niedriger Datenrate von bis zu 250 KBit/s entwickelt.

Die Energieeffizienz des Netzwerks wird zum Teil durch Vermeidung des Hub-and-Spoke-Modells erzielt, bei dem sämtliche Knoten eine Verbindung mit einem Hub herstellen müssen. Durch die direkte Interaktion mit den (über 250) Geräten bzw. die Interaktion über das Internet kann der Energieverbrauch gesenkt werden.

Thread bietet ein stabiles, selbstreparierendes Maschennetzwerk, das ohne Einzelpunktversagen auf Hunderte von Geräten skaliert werden kann. Daher müssen Datenpakete weniger häufig neu übertragen werden und es wird weniger Energie benötigt. Darüber hinaus können Thread-Geräte auf einfache Weise mithilfe von Smartphone, Tablet oder Computer installiert werden, sodass Kunden die Geräte im Haus sicher untereinander und mit der Cloud verbinden können, um diese von jedem beliebigen Ort aus steuern zu können.

„Die heute existierenden drahtlosen Netzwerktechnologien wurden eingeführt, lange bevor das Internet der Dinge aufkam“, so Vint Cerf, Vice President und Chief Internet Evangelist bei Google und Berater der Thread Group. „Das Thread-Protokoll kombiniert die Vorteile bestehender Technologien, um eine bessere Vernetzung von Geräten zu Hause zu erreichen.“

Im Gegensatz zu vielen bestehenden Technologien und IoT-Ansätzen handelt es sich bei Thread nicht um ein Anwendungsprotokoll oder eine Konnektivitäts-Plattform für viele Arten unterschiedlicher Netzwerke. Thread ist ein IPv6-Netzwerkprotokoll, das auf offenen Standards basiert und speziell für energieeffiziente 802.15.4-Maschennetzwerke optimiert wurde. Daher können über Thread-Netzwerke auch andere gängige Anwendungsprotokolle und IoT-Plattformen ausgeführt werden.

Dies bietet den Mitgliedern des Konsortiums einen erheblichen Vorteil, da Thread auf diese Weise für die Gerätehersteller attraktiver wird. So ist für Millionen vorhandener 802.15.4-Drahtlosgeräte, die sich bereits auf dem Markt befinden – und überwiegend auf ZigBee basieren –, für die Ausführung von Thread keine neue Hardware erforderlich, sondern nichts weiter als eine Softwareerweiterung. Dies bringt potenzielle Vorteile für Chip-Hersteller wie Atmel, NXP, Silicon Labs und Texas Instruments mit sich, die bereits ZigBee-basierte Geräte herstellen und über umfangreiche Erfahrungen mit Anwendungssoftware für Maschennetzwerke verfügen.

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