Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
22 DESIGN&ELEKTRONIK 07 2020 Embedded-Computing Modulare Systeme Preissenkungen im System terminiert und zum gegebenen Zeitpunkt versendet werden Der Kunde sieht immer die aktuellen Preise Werbeaktionen oder bei Bedarf auch Lagerbestände Mitarbeiter vor Ort werden entlastet und zeitintensives Labeln der Produkte entfällt komplett Außerdem werden Preise sofort und effizient verwaltet die Fehlerrate bei Preisanpassungen sinkt gegen Null Die Datenübermittlung basiert dabei auf einer LPWAN-Technologie Low Power Wide Area Network ■ Funkstandards und ihr Energiebedarf Drahtlose Wide-Area-Netzwerke nutzen unter anderem GSM UMTS und LTE zu den LPWA-Netzen gehören unter anderem NB-IoT Sigfox Weightless LoRaWAN und viele mehr Die Bezeichnung »Low Power« bezieht sich bei der Technologie nicht auf die Sendeleistung sondern auf die Energieaufnahme und wird somit oft falsch gedeutet Die Energie erhält man durch die Multiplikation aus Spannung Strom und Zeit Eine Batterie mit einer Spannung von 1 5 Vund 2700 mAh hätte somit zum Beispiel eine Energie von 4 05 Wh oder 14 580 Ws Vergleicht man nun die unterschiedlichen WAund LPWA-Technologien hinsichtlich Energieaufnahme werden die energetischen Vorteile deutlich Die limitierte Bandbreite von LPWANetzwerken ist für die meisten kommerziellen Anwendungen wie Telefonie Video Audio oder auch SMS-Nachrichten nicht geeignet Deshalb finden LPWA-Netzwerke fast ausschließlich im IoT-Bereich und zur M2M-Kommunikation MachinetoMachine Verwendung In der folgenden Gegenüberstellung diverser LPWA-Technologien wurde zur Vereinfachung das Beispiel einer einmalig zu versendenden Nachricht herangezogen Eine Textnachricht bei 33 dBm Sendeleistung inklusive Registrieren im GSMNetz bei 880 MHz bis 960 MHz benötigt circa 4 Ws LPWA-Module mit NB-IoT Sigfox oder LoRaWAN benötigen weniger Energie für diese Übertragung Bei Sigfox wird jede Nachricht unabhängig von Verlusten dreimal mit maximaler Leistung gesendet Diese ist jedoch bei Sigfox-Modulen in Europa auf 14 dBm begrenzt In diesem Fall werden pro Sendepaket circa 0 3 Ws = 1 Ws pro Nachricht benötigt selbst wenn man sich in der unmittelbaren Nähe der Basisstation befindet Sigfox basiert auf dem Aloha-Prinzip Hierbei wird nicht überprüft ob der verwendete Kanal frei ist Durch das dreimalige Senden auf unterschiedlichen und zufällig gewählten Kanälen 192 mögliche Kanäle wird die Wahrscheinlichkeit der Kollision mit anderen Teilnehmern verringert LoRaWAN nutzt ebenfalls das AlohaPrinzip ist jedoch in der Lage nach jedem Senden zu prüfen ob eine Empfangsbestätigung ankommt Eine wesentliche Eigenschaft von LoRa-Funkbausteinen ist die Separierung von Bandbreite und Bitrate Durch einen Spreizfaktor kann das Verhältnis zwischen Bandbreite und Bitrate variabel verändert werden Dadurch ergeben sich mit drei definierten Bandbreiten 125 kHz 250 kHz und 500 kHz und sieben möglichen Spreizfaktoren 21 mögliche Arbeitspunkte die aus nominalen Bitraten von 290 Bit s bis 37 5 kBit s hervorgehen Mit jeder Variation des Faktors halbiert sich die Empfangssensitivität um 3 dB In gleichem Maß reduziert sich die Energie für die zu sendende Nachricht Das heißt je näher das LoRa-Modul an der Antenne des Gateways ist umso weniger Zeit und Energie sind notwendig um die Nachricht zu senden Aufgrund dieser Anpassung ist ein besonders energiesparender Betrieb möglich Hierbei werden beim dreimaligen Senden circa 0 5 Ws benötigt Ist lediglich ein Sendeversuch nötig reduziert sich der Energiebedarf auf circa 0 15 Ws Ein NB-IoT-Modul benötigt bei der erstmaligen Netz-Registrierung bei 154 dB Link Budget circa 6 Ws anschließend nur noch 0 4 Ws für eine Nachricht NB-IoT regelt ähnlich wie LoRaWAN die Modulation und reduziert somit die benötigte Energie in Abhängigkeit von der Entfernung zur Basisstation NB-IoT-Module haben im Durchschnitt einen ähnlichen Energiebedarf wie LoRaWAN-Module und liegen bei dreimaligem Senden bei circa 0 6 Ws Vorteil ist hierbei dass alle Basisstationen der gleichen Tracking Area die ID des angemeldeten NB-IoT-Gerätes kennen Somit ist ein Zugriff auch über mehrere Basisstationen hinweg möglich ■ Mit oder ohne Provider Der größte Unterschied von LoRa zu NBIoT und Sigfox besteht somit im Aufbau der Netzwerkstruktur Bei den beiden Letzteren stellen Telekommunikationsunternehmen das erforderliche Netzwerk bereit Der Anwender benötigt nur einen kompatiblen Sensor vorausgesetzt dass die Netzabdeckung in der eigenen Region vorhanden und ausreichend gut ist Die Preisgestaltung liegt in der Hand der Provider was bedeutet dass für den Nutzer pro versendeter Nachricht Kosten entstehen Ein LoRa-Netzwerk ist providerunabhängig und stellt ein eigenständig funktionierendes System dar Das Konzept der LPWA-Technologie besteht im Prinzip aus Sensoren Empfänger Gateways Server und den dazugehörigen Datenbanken und Software Sensoren können beispielsweise entweder bei Unterschreiten festgelegter Schwellen automatisch Meldungen über das Gateway an die Rechenzentrale senden oder in festgelegten Zeitabständen abgefragt Bild 1 HeiSys ist Gateway und Rechenzentrale zugleich Die I O-Anbindung erfolgt flexibel über Funk-Module www designelektronik de