Weshalb vernetzte Mikrocontroller bei der Gebäudeautomation entscheidend sind

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IoT und smarte Sensoren

Die Übertragung von verschiedenen Systemknoten an die Gebäudeleittechnik erfordert ein Kommunikationsprotokoll. Speziell ältere Systeme setzen auf leitungsgebundene Protokolle für die Kommunikation zwischen Steuerung und Endknoten. Viele aktuelle Anwendungen verwenden schnellere leitungsgebundene Protokolle, die Daten von mehr Sensoren schnell zustellen können. Allerdings setzt das eine umfangreiche Aufrüstung der Infrastruktur voraus, die unter anderem die Neuverkabelung bestehender Gebäude umfasst.

Setzt man für die Kommunikation stattdessen auf drahtlose Protokolle, entfällt die Notwendigkeit größerer Änderungen an der Infrastruktur. Die zunehmende Verbreitung des Internet of Things und der smarter Sensoren hat zur Folge, dass entsprechende Endknoten realisierbar sind. Diese Ergänzung von Zonen-Controllern und Endknoten durch drahtlose Übertragungstechnik löst zweifellos die der Infrastruktur zusammenhängenden Probleme. Wegen der Vielzahl der drahtlosen Technologien, die in diesen Endknoten zum Einsatz kommen können, erhöht sich damit auch die Komplexität der Software und der Systemintegration.

Leitungsgebundene Gebäudeautomations-Protokolle können auf seriellen Schnittstellen wie RS-485 oder auf Ethernet für eine schnellere Kommunikation beruhen. Hier die verbreitetsten leitungsgebundenen Kommunikationsprotokolle für Gebäudeautomations-Systeme:

• BACnet ist ein offener Gebäudeautomations- und Kommunikations-Standard, der von der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) geschaffen wurde und von diesem Verband überwacht wird. Nach jahrelanger Entwicklung ist BACnet inzwischen international genormt (ISO 16484-5).

• LonMark ist ein Standard auf der Basis des proprietären Kommunikationsprotokolls LonTalk, das Regeln für das Management der Kommunikation zwischen Geräten aufstellt. LonWorks definiert den Inhalt und die Struktur der zwischen den Geräten ausgetauschten Informationen. Ebenso wie BACnet ist auch LonWorks von internationalen Normungsorganisationen akzeptiert (ANSI/CEA 709.1 und IEEE 1473-L).

• Modbus ist als wirklich offener Standard eines der meistbenutzten Protokolle in der industriellen Fertigung. Seine Messaging-Struktur richtet eine Master-Slave- und Client-Server-Kommunikation zwischen den Geräten ein. Ein relativ geringer Teil der Installationen ist Modbus-zertifiziert.

Auf der Seite der drahtlosen Kommunikation für Endknoten-Applikationen sind folgende Protokolle in Gebrauch:

• Bluetooth-Low-Energy ist ein quelloffenes, standardisiertes Protokoll für persönliche, gewerbliche und IoT-Netzwerke – ideal geeignet für Geräte, die durch kleine Knopfzellen oder per Energy Harvesting mit Strom versorgt werden. Für Bluetooth LE gibt es eine Unmenge von Anwendungsfällen in der Gebäudeautomation, von kleinen Sensoren bis vernetzten Türschlössern. Das Protokoll ist inhärent mit Smartphones interoperabel und es lassen sich Endknoten per Smartphone oder Tablet bedienen.

• Sub-Gigahertz ist ein für große Übertragungsdistanzen ausgelegtes Funk-Protokoll, das durch Wände weniger abgeschwächt wird und sich deshalb in Gebäuden bewährt hat. Es ist damit das ideale Protokoll für Endknoten wie Aufzug-Überwachungssysteme, die durch Betonwände und andere Hindernisse hindurch kommunizieren müssen. Auch die Sub-Gigahertz-Technik hat große Verbreitung in Thermostaten und Bewegungsmeldern gefunden, die – von kleinen Knopfzellen versorgt – drahtlos angebunden werden müssen.

• Wi-Fi ermöglicht es, batterie- oder netzgespeiste Endknoten schnell mit dem Internet zu verbinden. Gebäudeautomations-Systeme wie etwa Thermostate, verschiedene Sensoren, Videokameras und sogar Geräte können auf diese Weise einfach und sicher mit der Cloud verbunden werden. Anwender wiederum können die Wi-Fi-Kommunikation zur Realisierung höchst innovativer Endknoten nutzen, die sich per Internet aus der Ferne steuern oder überwachen lassen.

• Gateways oder Dual-Band-Geräte nutzen eine Kombination wie Wi-Fi mit Bluetooth Low Energy oder Sub-Gigahertz mit Bluetooth Low Energy. Die Kombination zweier Protokolle hilft bei flexiblen und robusten Gebäudeautomations-Systemen, die zudem vollständig vernetzt sind. Zudem lassen sich die Vorteile beider Protokolle kombinieren.

Kommen Security-Protokolle zum Einsatz, ist ein größerer Aufwand an Rechenleistung und mehr Speicher notwendig. Die SimpleLink-MCUs sind mit chipintegrierten Beschleunigern und Engines ausgestattet, die den Controller entlasten und die von modernen Geräten benötige robuste Sicherheit bieten können. Sie unterstützt viele Funk-Standards und Techniken, die in Gebäudeautomations-Systemen eingesetzt werden.

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