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02 2020 Elektronik 17 Connectivity Hersteller eine erhebliche Ersparnis an Zeit und Kosten Funktechnik für höchste Ansprüche Um allen Anforderungen gleichzeitig gerecht zu werden sodass eine Konformität und Interoperabilität erreicht wird haben die Mitglieder und Partner der IP500 Alliance das gesamte IP500-System auf allen drei Ebenen Layer aufeinander abgestimmt und entwickelt Die drei Ebenen sind in dem Fall ➔ Funkübertragung PHY MAC ➔ Netzwerk-Stack und Applikation ➔ Protokoll Infrastruktur Gateway und Datenbank Die beiden ersten Ebenen Funkübertragung und Netzwerk-Stack sind eng aufeinander abgestimmt und bilden eigentlich eine Einheit wie das Beispiel der True-Dual-Band-Technik mit MeshTopologie zeigt In dem Fall stellt die PHY-Ebene beide Frequenzen gleichzeitig bereit und die Netzwerk-StackEbene routet die Datenpakete abhängig von der Interferenz in einem der Bänder automatisch im Mesh-Verfahren zum Zielknoten ein Gateway oder ein Endgerät Vorteile des IP500-Standards auf der Funk-Ebene Aufgrund der Anforderungen aus der Systemebene ist die Wahl auf die Modulation OQPSK Offset Quadrature Phase-Shift Keying gefallen Die Basis hierfür ist der IEEE-Standard 802 15 4 2006 der OQSPK für höhere Datenraten im 2 4-GHz-Band vorsieht Durch die Systemanforderungen der Sicherheitsapplikationen wurde dann die gleichzeitige Nutzung beider Bänder Sub-GHz und 2 4 GHz im IP500-Standard festgelegt Damit entstand eine sehr hohe Robustheit gegen Interferenzen Kombiniert mit dem asynchronen Meshing-Verfahren des Netzwerk-Stacks können der IP500-PHY und -NetzwerkStack unterschiedlichen Interferenzen ausweichen sowohl bei Störungen auf der Frequenzebene als auch bei Störungen auf dem Routing-Pfad Die Messergebnisse in Bild 3 und 4 in realem Umfeld mit hoher Interferenz gemessen wie sie typisch für Gebäude Tunnel oder metallische Umgebungen Flugzeuge und Schiffe sind geben einen Einblick in die Robustheit des IP500-Standards gegenüber anderen Funk-Standards die weltweit eingesetzt werden Kleinere Zahlen beim Signal-Rauschabstand Position des Produkts weiter links in Bild 4 sind aus mehreren Gründen vorteilhaft ➔ Höhere Leistungsübertragungsbilanz link budget ➔ Bei gegebenem Signal-Rauschabstand SNR verringert sich die Anzahl von fehlerhaft empfangenen Bits Zum Beispiel für SNR = 4 dB sind die empfangenen Nachrichten des IP500-Funkmoduls CNX200M in der Praxis fehlerfrei Eine Bitfehlerrate BER = 10-6 bedeutet ein fehlerhaftes Bit pro eine Million empfangener Bits Im Vergleich dazu für das gleiche SNR = 4 dB beträgt die BER für WiFi = 0 01 ein fehlerhaftes Bit pro 100 empfangene Bits Unter solchen Bedingungen SNR = 4 dB sind Funkstandards wie WiFi Bluetooth oder LoRa nicht praktisch zu nutzen ➔ Reduzieren des Energiebedarfs eine zuverlässige Übertragung benötigt bei kleinem SNR weniger HF-Sendeleistung Beim genauen Blick auf die Test-Resultate fällt auf dass die bekannten FunkStandards im kommerziellen oder industriellen Umfeld nicht umfänglich als Wireless-IoT-Plattform verwendbar sind weil fehlende Leistung Robustheit oder Sicherheit die IoT-Geschäftsprozesse empfindlich stören können Die Netzwerk-Ebene des IP500-Standards Die Ebene des IP500-Netzwerk-Stacks ist verantwortlich für die Topologie des Netzwerks die Skalierbarkeit die Latenz und die Verschlüsselung der Daten und somit für die Robustheit und Sicherheit im gesamten IP500-Netzwerk Den IP500-Aufbau nach dem bekannten OSI-Modell zeigt Bild 5 Entsprechend dem IEEE-802 15 4-Standard wurde das asynchrone Übertragungsverfahren gewählt In Bild 6 ist der Aufbau eiBild 7 IP500 nutzt den MAC-Frame des IEEE-802 15 4-Standards 2006 Bild IP500 Alliance Bild 8 Der Kopf des Netzwerkdatenpakets bei IP500 NWK Header enthält die Information für das Routing Hop List Bild IP500 Alliance Bild 9 Die Hop List gibt das Routing eines Funk-Datenpakets durch das IP500-Netzwerk vor Sie wird vom Quellknoten erzeugt indem er die kürzeste Verbindung zum Zielknoten berücksichtigt Bild IP500 Alliance MAC Header MAC Payload MAC Footer Frame Control Sequence Number Destination PAN Identifier Destination Address Source Address Nutzdaten Prüfsumme 2 Byte 1 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte variabel 2 Byte NWK Header Protocol ID Header Length Hop List Payload Type Payload Length Sequence Number CRC16 1 Byte 1 Byte 12 Byte 1 Byte 1 Byte 4 Byte 2 Byte Hop List Type Length Destination Source Hop 1 Hop 2 Hop 3 1 Byte 1 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte 2 Byte