Robuste Netze mit alternativen Datenübertragungsverfahren via Funk
Mehr und mehr elektronische (Klein-)Geräte und Sensoren werden im „Internet der Dinge“ vernetzt. In „Smart Citys“, Überwachungs- und Steuerungssystemen oder auch beim Infotainment im Heimbereich – täglich kommen neue, mit dem Internet vernetzte Geräte dazu. Doch viele Sensoren (insbesondere im Außenfeld) sind nur über Funk vernetzbar und haben zudem meist keinen Zugang zu einer stationären Stromversorgung. Ihr Leistungsverbrauch muss minimal sein – ihre Anbindung über Standard-WLAN oder Mobilfunk ist aus Energie- und Kostengründen nicht möglich.
Eine alternative Vernetzungsmöglichkeit bieten Funksysteme für die lizenzfreien Frequenzbänder für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen (ISM-Bänder). Auf den freien Frequenzen 433 MHz, 868 MHz und 2,4 GHz können viele Applikationen über Funk angebunden werden. ISM-Funkmodule sind weit verbreitet und preiswert erhältlich. Ihre Reichweite beträgt jedoch meist weniger als 50 Meter und die nötige Infrastruktur für größere Distanzen wird schnell sehr teuer. Ein neuartiges Funksystem der Firma Semtech namens LoRa™1 (Long Range) erweitert die erzielbare Reichweite auf bis zu 15 Kilometer. Doch es gibt ein Problem: Technische Beschränkungen wie z.B. die geringe Datenrate erlauben keine Verbindungen direkt auf Basis des Internet-Protokolls (IP). Die Einbindung der Netzwerkknoten in das Internet der Dinge ist hiermit nicht ohne grundlegende neue Lösungen möglich.
In RONALD soll ein umfassendes Systemkonzept für LoRa™-Netze erarbeitet werden. Es soll einerseits eine nahtlose Einbindung vernetzter Objekte in eine übergeordnete Infrastruktur auf Basis des Internetprotokolls IP erlauben. Andererseits sollen die Übertragungskapazitäten optimiert und die Skalierung von LoRa™ in der Fläche verbessert werden. Ein wesentliches Element dieses Konzeptes ist die intelligente Vermittlungsstelle zwischen der IP-Welt und dem LoRa™-Netz. Hier werden die Dienste jeweils vom einen in das andere Netz übertragen. Als Ergebnis soll sich das LoRa™-Netz von außen betrachtet wie ein IP-basiertes Netz verhalten. Das ermöglicht auch, das Management dieses Netzes mit den Methoden von IP-Netzen zu ermöglichen. Ferner muss eine durchgängige Informationssicherheit gewährleistet sein. Die im Projekt erreichten Teillösungen sollen in einem lokalen Feldversuch mit ausgesuchten Anwendungen erprobt werden.
Die gesellschaftliche Relevanz des RONALD-Entwicklungsziels ist hoch: Anwendungen finden sich in fast allen Bereichen der Industrie, der Landwirtschaft, des Verkehrs, im Transport- und Energiewesen sowie in der Logistik. Smart Metering sowie andere Mess- und Diagnoseanwendungen bis hin zu langsamen Steuerungsaufgaben könnten bedient werden. RONALD unterstützt im Besonderen die starke Miniaturisierung, welche die Sensorik wie auch die Funktechnologie in den vergangenen Jahren erfahren haben: Sensoren mit Funktechnik benötigen heute weniger Platz als eine 1-Euro-Münze bei einer Standzeit von mehreren Jahren, eine energiearme Betriebsweise vorausgesetzt. Die angestrebte Systemlösung wird diese Voraussetzung von Seiten der Kommunikation unterstützen und die energiearmen Sensorknoten gleichzeitig an das globale Internet anbinden.