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Sicherer Kontakt über lange Distanzen

Drahtlose Sensornetzwerke für IoT-Messtechnik-Anwendungen
Sicherer Kontakt über lange Distanzen

Sicherer Kontakt über lange Distanzen
Abbildung: Pfad- und Frequenzdiversität – wenn die Kommunikation auf dem ‚grünen‘ Pfeil fehlschlägt, versucht es Knoten D erneut auf dem violetten Pfeil auf einem anderen Kanal Abbildung: Dust Networks
Viele Applikationen – wie das Überwachen von ausgedehnten Produktionsanlagen, Pipelines, Baustrukturen von Brücken, Tunneln oder großen Überlandleitungen – fordern insbesondere die Überbrückung großer Entfernungen durch ein drahtloses Sensornetzwerk (WSN). Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit sollen aber trotz geringem Leistungsbedarf auch über große Entfernungen sichergestellt sein – eine der wohl herausfordernsten Netzwerktopologien.

Die Autoren: Lance Doherty, Systems Engineer, Jonathan Simon, Systems Engineer Director, Thomas Watteyne, Systems Engineer und Ross Yu, Product Marketing Manager, alle Dust Networks Product Group, Linear Technology Corporation

Produktionsanlagen zu überwachen, die sich über eine große Fläche erstrecken, ist keine einfache Aufgabe. Analog gilt das auch für das Überwachen der Alterung von Infrastruktur wie Brücken, Tunneln oder Überlandleitungen – anders formuliert: Anwendungen der Messtechnik, die im Zusammenhang mit der Nutzung des Internet of Things (IoT) diskutiert werden. All diese Applikationen benötigen drahtlose Sensornetzwerke (Wireless Sensor Networks, WSNs), um eine den drahtgebundenen Netzwerken vergleichbare Leistung zu bieten. Diese WSNs müssen in der Lage sein, eine große Anzahl von drahtlosen Sensorknoten zu skalieren und in vielen Fällen große Distanzen zu überbrücken.
Um WSNs auf einer breiten Basis einsetzen zu können, müssen sie sich einfach nutzen lassen und zuverlässig über viele Jahre hinweg – häufig eine Dekade – problemlos funktionieren. Schlüsselanforderungen an WSNs sind deshalb:
  • Freie Platzierung der Sensoren an beliebiger Stelle
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Zuverlässige Kommunikation
  • Skalierbarkeit
Ziel muss es zudem sein, einen möglichst verlustarmen Betrieb des drahtlosen Sensornetzwerks zu ermöglichen – ohne dafür aber auf Zuverlässigkeit oder Netzwerkverfügbarkeit zu verzichten. Solche zuverlässigen WSNs mit geringem Leistungsbedarf sind mit den SmartMesh-IP-Netzwerken von Dust Networks Realität geworden, basierend auf dem Time-Synchronized-Channel-Hopping (TSCH). Solche TSCH-Mesh-Netzwerken haben sich beim Einsatz in einigen der rauesten Umgebungen bewährt.
TSCH ist bereits ein grundlegender Funktionsblock von bestehenden drahtlosen Industriestandards wie WirelessHART (IEC 62591) und ein wichtiger Teil von neu aufkommenden, auf dem Internet-Protokoll basierenden drahtlosen Sensornetzwerk-Standards. In einem TSCH-Netzwerk arbeiten die Knoten im ganzen Netzwerk synchronisiert (exakt innerhalb einiger weniger Mikrosekunden). Die Netzwerkkommunikation ist in Zeitschlitzen organisiert und erlaubt die Übertragung der Datenpakete mit geringem Leistungsbedarf, paarweisem Kanal-Hopping und voller Pfad-Diversität (siehe Abbildung). TSCH-basierte Netzwerke werden heute bereits erfolgreich in Anwendungen eingesetzt (siehe Kasten). co
Info:
Dies ist eine gekürzte Version eines Beitrags zum Thema drahtlose Sensornetzwerke, für die Langversion siehe Fußnote.
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