ZigBee zielt vor allem auf Mesh Networks für Smart Energy

Energie sparend beim Energie sparen helfen

Während Bluetooth vorerst die dominierende Kurzstreckenfunktechnik für Mobiltelefone, PCs und Tablets bleiben dürfte, positioniert sich ZigBee weiterhin im Markt für maschenförmige Netze und dort ganz besonders im Segment Smart Energy.

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Development Kits und Referenzplatinen erleichtern Entwicklern den Aufbau von Maschennetzen nach dem ZigBee-Standard.

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Development Kits und Referenzplatinen erleichtern Entwicklern den Aufbau von Maschennetzen nach dem ZigBee-Standard.

»Sicherheit und Low Power sind die Schlüsselvoraussetzungen für Funktechnik in maschenförmigen Netzen«, sagt Svein Vetti, EMEA Business Development Manager, Low Power Wireless Products bei Texas Instruments (TI). »Und ZigBee bietet beides.« Es gibt aus TI-Sicht aber noch weitere Merkmale, die ZigBee interessant machen: »Attraktiv ist ZigBee wegen der Maschenvernetzung, dem „mesh networking“«, erklärt Vetti. »Man kann Reichweite schaffen durch sogenanntes „multi-hop routing“, bei dem sich das Netzwerk den energetisch günstigsten Weg der Verbindung sucht. Das kann zum Beispiel bei Innenbeleuchtungssystemen oder Straßenleuchten interessant sein. Dieser Markt ist bisher kaum entwickelt, jedoch verspricht er ein sehr großes Potenzial. Die Funkvernetzung schafft die Möglichkeit, Gruppierungen zu definieren, zu ändern oder zu eliminieren.« Weil Innenleuchten und Straßenleuchten über eine ausreichend leistungsfähige Stromversorgung verfügen, ist das Thema Stromsparen in dieser Anwendung auch nur von untergeordneter Bedeutung. »Die Netzknoten oder „Router“ können so ständig lauschen, was eine Notwendigkeit für Netze ist, die sich selbst organisieren«, erläutert Vetti ein signifikantes Merkmal.

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Svein Vetti, Texas Instruments: »Sicherheit und Low Power sind die Schlüsselvoraussetzungen für Funktechnik in maschenförmigen Netzen.«

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Svein Vetti, Texas Instruments: »Sicherheit und Low Power sind die Schlüsselvoraussetzungen für Funktechnik in maschenförmigen Netzen.«

Bedeutungsvoll wird das Stromsparen immer, wenn die abgesetzten Stationen (Endknoten oder »End Devices«) auf Batteriebetrieb angewiesen sind. Hierzu hat die ZigBee Alliance »ZigBee Smart Energy« spezifiziert. »Für die Endknoten ist es wichtig, dass sie nicht ständig lauschen, so wie es die Router machen, weil das viel Strom kostet und Batteriebetrieb unmöglich macht«, erläutert Vetti. Der typische Einsatzfall für ZigBee Smart Energy dürfte denn auch sein, dass Stromzähler mit einem ultrasparsamen Transceiver ausgestattet sind, der zyklisch oder bei Bedarf ein Telegramm sendet. Warum denn nicht nur einen Sender einbauen? »Nur senden reicht nicht aus«, erklärt Vetti »zum einen müssen die Endknoten die Empfangsbestätigung des zuständigen Netzknotens abwarten, und zweitens soll der Sendebetrieb erst gestartet werden, wenn der Empfänger meldet, dass auf dem Funkkanal gerade keine Aktivität feststellbar ist«.

Wichtig ist auch, dass im Netz immer ein aktiver Knoten für jeden Remote zuständig ist. Sonst »verwaist» dieser Endknoten. Funknetztechniker nennen diese Betriebsart  denn auch »Orphan mode« (wörtlich: Waisenmodus). Vetti: »Im Orphan mode unternimmt der Endknoten ständig unsinnige Wiederholversuche, weil er keine Empfangsbestätigung erhält. Das kostet sehr viel Strom und ist unbedingt zu vermeiden«. Wie die Vermeidungsstrategie aussieht, ist übrigens eine Frage des Netzmanagements, das nicht Teil des ZigBee-Protokolls ist. Jeder Hersteller macht das auf seine eigene Weise. »Unter anderem deshalb wird Interoperabilität immer ein Problem bleiben«, prophezeit Vetti, der gleich einen weiteren Grund anführt: »Smart Energy benötigt eine hohe Chiffrierebene, wie sie im Smart Energy Profile 2.0 auch implementiert ist. Diese ist aber nicht unbedingt interoperabel mit Version 1.1. TI hat das zwar gemacht, jedoch ist das nicht herstellerübergreifend so gelöst. Es sollte übrigens auch nicht der Eindruck entstehen, dass ZigBee „One size fits all“ verspricht. Das können und wollen weder die ZigBee Alliance noch die Chiphersteller leisten. Viel wichtiger ist es, dass die benötigten Anwendungsprofile definiert und dass die Chip- und Gerätehersteller die Interoperabilität sicherstellen«, betont Vetti.

1. Teil: Energie sparend beim Energie sparen helfen
2. Teil: Wildwuchs unterhalb 1 GHz
3. Teil: Offen oder nicht offen?

Weiterführende Links:

• Neuer Z-Stack 2.5.0 für Home Area Networks: TI: Zertifizierung für ZigBee Smart Energy 1.1
• In-Stat: ZigBee dominiert Smart Grids
• BACnet-konformer Wireless-Mesh-Standard für Geschäftsgebäude: »ZigBee-Building-Automation«-Standard fertiggestellt
• Hauptvorteile sind leitungsfreie, kostengünstige Netze mit großer Flexibilität: Drahtlose Beleuchtungssteuerung steht vor einer rosigen Zukunft
• Ausgeklügelte Algorithmen und Signalverarbeitungsverfahren erhöhen die Sicherheit: Gefährliche Lichtbögen in PV-Anlagen erkennen und abschalten