Drahtlose Kommunikationstechnologie

iot-de
Dezember 18, 2023
9:50 Uhr

Inhaltsübersicht

In diesem Artikel wollen wir uns mit der drahtlosen Kommunikationstechnologie befassen. Wenn es um drahtlose Kommunikation im Internet der Dinge geht, sind die meisten Menschen wohl mit Begriffen wie 2G, 3G, 4G, WLAN, Bluetooth und anderen im Alltag verbreiteten Technologien vertraut. Drahtlose Kommunikationstechnologie findet breite Anwendung in Smart Homes, im intelligenten Verkehrswesen und in anderen Branchen. Lassen Sie uns mehr über die Kommunikationstechnologie in drahtlosen Netzwerken erfahren. Zunächst stellen wir zwei Arten der drahtlosen Kommunikation vor: die Mobilfunkkommunikation über große Entfernungen und die drahtlose Kommunikation über kurze Entfernungen.

Großreichweite – Mobilfunk

Die erste Art der drahtlosen Kommunikationstechnologie ist die Mobilfunkkommunikation, womit in der Regel das gemeint ist, was wir oft als 2G-, 3G- und 4G-Kommunikationstechnologien bezeichnen. Derzeit nutzen die meisten Endgeräte des Internets der Dinge für den Internetzugang das GPRS-Verfahren, das oft als 2G bezeichnet wird. Eine dieser Technologien, die beispielsweise für den Netzwerkzugang vieler Leihfahrräder und von POS-Terminals genutzt wird, ist GPRS. (Die Fernkommunikation umfasst mehr als nur 2G, 3G und 4G; auf weitere Technologien werden wir im Folgenden eingehen.)

Drahtlose Kommunikationstechnologie für kurze Entfernungen

Die zweite Kategorie umfasst drahtlose Kommunikationsverfahren für kurze Entfernungen, wie beispielsweise Bluetooth, WLAN, ZigBee, Z-Wave usw. Lassen Sie uns zunächst über Bluetooth sprechen.

(1) Bluetooth

Bluetooth ist ein Standard für digitale drahtlose Kommunikation mit hoher Kapazität und kurzer Reichweite. Bluetooth wurde vom Telekommunikationsriesen Ericsson als Alternative zu RS232-Datenleitungen entwickelt und ermöglicht die Kommunikation über kurze Entfernungen zwischen stationären und mobilen Geräten sowie den Aufbau persönlicher Netzwerke. Für den Datenaustausch werden hauptsächlich Funkwellen im ISM-Band von 2,4–2,48 GHz genutzt, bei einer maximalen Datenübertragungsrate von 1 Mbit/s und einer maximalen Übertragungsreichweite von 10 cm bis 10 Metern (durch Erhöhung der Sendeleistung kann die Übertragungsreichweite bis zu 100 Meter betragen).

Zu den gängigen Anwendungsbereichen von Bluetooth zählen neben Mobiltelefonen auch Bluetooth-Headsets, Lautsprecher, Smart Wearables und Haushaltsgeräte, die alle über ein Bluetooth-Netzwerk miteinander kommunizieren. Die Bluetooth-Kommunikation zeichnet sich durch hohe Übertragungsgeschwindigkeit, geringen Stromverbrauch und hohe Sicherheit aus. Es gibt jedoch auch Nachteile: Das Bluetooth-Netzwerk verfügt nur über wenige Knoten und eignet sich daher nicht für die Mehrpunktsteuerung.

(2) WLAN

Als Nächstes möchte ich Wi-Fi vorstellen. Wi-Fi ist jedem ein Begriff. Es handelt sich um eine Technologie, mit der elektronische Geräte eine Verbindung zu einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) herstellen können. Dabei wird in der Regel das 2,4-GHz-UHF- oder das 5-GHz-SHF-ISM-Frequenzband genutzt. Die Verbindung zu einem WLAN ist in der Regel passwortgeschützt, kann aber auch offen sein. Im offenen Modus kann sich jedes Gerät innerhalb der WLAN-Reichweite verbinden. WLAN spielt eine wichtige Rolle in unserem Leben. PCs, Mobiltelefone und viele andere Endgeräte können über WLAN-Zugangspunkte eine Verbindung herstellen. WLAN bietet eine große Reichweite und eine hohe Datenübertragungsrate, allerdings ist die Sicherheit der WLAN-Übertragung nicht besonders gut, die Stabilität ist gering und der Stromverbrauch ist etwas hoch.

(3) ZigBee

Was ist also die ZigBee-Technologie? Unter den Technologien für die drahtlose Kurzstreckenkommunikation ist ZigBee ebenfalls eine Technologie, die im Internet der Dinge weit verbreitet ist. ZigBee ist ein Protokoll für lokale Netzwerke mit geringem Stromverbrauch, das auf dem Standard IEEE 802.15.4 basiert. ZigBee unterscheidet sich von der Mobilfunkkommunikation dadurch, dass ZigBee in der Industrie und im Smart-Home-Bereich weit verbreitet ist; ZigBee zeichnet sich durch Einfachheit, Benutzerfreundlichkeit, zuverlässigen Betrieb und niedrige Kosten aus.

Mobilfunknetze sind in erster Linie für die Sprachkommunikation ausgelegt. Der Wert einer einzelnen Basisstation liegt in der Regel bei über einer Million Yuan, während eine ZigBee-“Basisstation” weniger als 1.000 Yuan kostet. Jeder Netzwerkknoten kann nicht nur als Überwachungsobjekt dienen, sondern auch als der Netzwerkknoten, mit dem er verbunden ist. Die Sensoren erfassen und überwachen Daten direkt und können zudem Daten, die von identifizierten Netzwerkknoten übertragen werden, automatisch weiterleiten.

In vielen IoT-Anwendungen wird ZigBee für die Kommunikation genutzt. In einigen Endgeräten von Haushaltsgeräten, darunter auch einige über Gateways integrierte IoT-Lösungen, wird ZigBee für die Downlink-Kommunikation genutzt. Die ZigBee-Technologie ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie für kurze Entfernungen und niedrige Übertragungsraten, die sich durch kurze Reichweite, geringe Komplexität, Selbstorganisation, niedrigen Stromverbrauch und niedrige Datenrate auszeichnet.

Obwohl ZigBee in offenen Punkt-zu-Punkt-Umgebungen eine Reichweite von Hunderten von Metern erreichen kann, kommt es in bestimmten Anwendungsszenarien – wie beispielsweise bei intelligenten Parksystemen – zu einer sehr starken Signaldämpfung, wenn ein großes Objekt wie ein Auto das Signal blockiert. Zudem ist die Kompatibilität zwischen verschiedenen ZigBee-Chips schlecht. Das ZigBee-Netzwerk ist zwar flexibler, aber auch schwieriger zu warten.

(4) Z-Wave

Z-Wave ist eine aufkommende, auf Funkfrequenzen basierende, kostengünstige, stromsparende und äußerst zuverlässige Technologie für die drahtlose Kurzstreckenkommunikation. Z-Wave ist ein Standard für drahtlose Netzwerke, der von dem dänischen Unternehmen Zensys vorangetrieben wird. Die Z-Wave Alliance: Die Mitglieder sind allesamt Hersteller, die bereits aktuelle Produkte im Bereich Smart Home anbieten. Der Allianz gehören bereits mehr als 160 international renommierte Unternehmen an, die im Wesentlichen alle Länder und Regionen weltweit abdecken.

Die Z-Wave-Technologie ist für Anwendungen in den Bereichen Wohn-, Beleuchtungs- und Gewerbesteuerung sowie für Statusabfragen wie Zählerablesung, Beleuchtungs- und Gerätesteuerung, Zugangskontrolle, Einbruch- und Brandmeldeanlagen usw. konzipiert. Die effektive Reichweite von Z-Wave-Signalen beträgt in Innenräumen 30 m und kann im Freien 100 m überschreiten, wodurch sich die Technologie für Schmalbandanwendungen eignet.

Der Vorteil der Z-Wave-Kommunikation besteht darin, dass die Z-Wave-Netzwerkstruktur einfach ist und sich durch geringen Stromverbrauch, niedrige Kosten und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Der Nachteil ist, dass die Übertragungsgeschwindigkeit gering ist und der Standard nicht offen ist. Der Chip ist ausschließlich bei Sigma Designs erhältlich, dem einzigen Anbieter.