Wie ein drahtloses Netzwerk für eine effektive Straßenbeleuchtung sorgt

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Das Netzwerk-Protokoll verhindert Kollisionen

Für eine neue Straßenbeleuchtungsanlage in Ungarn hat Future Electronics beratend unterstützt und eine Lösung empfohlen, die auf einem ISM-Bandbreiten-Modell ansetzt. Dabei wurden hunderte von Beleuchtungseinheiten über ein Wide Area-Netz verteilt an eine Steuereinheit angebunden. Die bei der Installation auf einer kleinen Zahl von Einheiten eingesetzten Foto-Sensoren helfen dabei, nahe gelegene Beleuchtungseinheiten über Lichtsensoren zu steuern.

Nah beieinander gelegenen Einheiten sind einem ähnlichen Umgebungslicht ausgesetzt. Das kann bei der Installation berücksichtigt werden. In dieser Installation enthält jede Beleuchtungseinheit einen SPIRIT1-RF-Transceiver von STMicroelectronics, der für den Betrieb in unterschiedlichen Frequenzen unter 1 GHz konfiguriert werden kann. Im gesteigerten Power-Modus mit 16 dBm maximaler Sendeleistung kann das Modul im offenen Gelände Daten bis zu 3 km übertragen. Diese Reichweite variiert je nach der vom Anwender gewählten Bit-Rate und der Konfiguration der Übertragungsleistung.

Bildergalerie

Bild 1: Blockschaltbild einer Straßenleuchte, die über den SPIRIT1-HF-Transceiver kommuniziert.(Bild: Future Electronics)

Bild 2: Versteckter (oben) und exponierter Knoten und die daraus entstehenden Probleme.(Bild: Future Electronics)

Bild 3: Die schematische Struktur eines SPIRIT1-Pakets.(Bild: Future Electronics)

Bild 4: Die Routing-Fähigkeit des MACAW-Protokolls ermöglicht es, die Netzkapazität effizient zu nutzen.(Bild: Future Electronics)

Das Bild 1 zeigt das Hardware-Design jedes Straßenbeleuchtungsknotens. Die Stromversorgung ist so konfiguriert, dass die analogen Gleichspannungssignale 0-10V oder 1-10V über einen Mikrocontroller-PWM-Kanal gesteuert werden. Über diese analoge Spannung wird das Dimmen der LED-Lichtquelle geregelt. Wird ein solches Multipath-HF-Netzwerk errichtet, muss das Kommunikationsprotokoll folgende Eigenschaften unterstützen:

Konfliktlösungsfunktion

Paket-Wiederholung

Routen-Zuordnung und Optimierung

Insel-Betriebsmodus im Falle einer Kommunikationsstörung

Fehlfunktionsreports

Besonderheit in einem Multipath-Drahtlosnetzwerk

Im Installationsbeispiel galt es eine Lösung für zwei häufig auftretende Herausforderungen in einem Multipath-Drahtlosnetzwerk zu unterbinden, die mit verborgenen und exponierten Knoten einhergehen. Bei einem komplexen Netzwerk werden Pakete durch eine Serie von Knoten übertragen, wobei jeder Knoten die Nachricht wiederum an seinen benachbarten Knoten weiterreicht.

Im Unterschied zu einem sternförmigen Netzwerk hat die Topologie keinen zentralen Hub oder Router, der das Timing und Routing von jeder Übermittlung regeln könnte. Im Falle eines verborgenen Knotens hat A keine Sicht auf C; sowohl A und C könnten beide versuchen, zum gleichen Zeitpunkt nach B zu übertragen und damit einen Konflikt durch eine fehlgeschlagene Übertragung herbeiführen (Bild 2).

In der Problemstellung mit dem exponierten Knoten verlangt A nach der Berechtigung eine Nachricht an B zu schicken. Wenn B diese Berechtigung an A erteilt meint C, dass der Kanal belegt ist und verzögert die anstehenden Nachrichten an D, obwohl der Kanal zwischen C und D gar nicht beschäftigt ist.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Beitrag im Original erschienen in: ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft LED- und OLED-Beleuchtungstechnik II (kostenlose ePaper-Version)

Link: Heftausgabe als pdf

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Stand: 08.12.2025

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