Sensoranbindung in Gebäuden über nur eine Basisstation ̶ Fraunhofer IIS stellt neue robuste und energieeffiziente Funktechnologie LoPAN vor

Erlangen/Nürnberg: Temperatursensoren mit der Klimaanlage verknüpfen, um Energiekosten zu sparen und gleichzeitig oder selektiv eine große Anzahl von Jalousien, Briefkästen, Heizungssysteme aus der Ferne überwachen und steuern: Dies ermöglicht die Funktechnologie LoPAN des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Sie bindet eine beliebige Anzahl von Sensoren über nur eine einzige Basisstation an und vernetzt sie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fernwartungs- und -steuerungsverfahren für Smart Home und Smart Building vereint LoPAN Vorteile wie hohe Energieeffizienz, Broadcast-Kommunikation, große Reichweite von mehreren Kilometern, hohe Robustheit und damit Übertragungssicherheit der benötigten Sensordaten – und das auch im Umfeld koexistierender Funkprotokolle oder schwieriger Umgebungsbedingungen.

Platine LoPAN
© Fraunhofer IIS
Basisstation für robuste Kommunikation zur Sensoranbindung in Gebäuden

Das Smart Home ist für uns alle bereits ein Begriff. Jalousien, Heizung, Fenster lassen sich über Smartphone jederzeit steuern und regulieren. Doch jede Lösung hat bis jetzt auch einige Begrenzungen, die wir je nach Wahl des Systems akzeptieren müssen. Mit der LoPAN-Technologie hingegen können über nur eine Basisstation Sensoren/Aktoren vom Keller bis zum Dach vernetzt und gesteuert werden. Das System ist erweiterbar und auch für mobile Anwendungen ausgelegt. Andere Systeme benötigen hierfür mehrere Basisstationen, um Sensordaten zuverlässig übertragen zu können, und sind fest installiert. Die Wissenschaftler und Entwickler des Fraunhofer IIS und das Leistungszentrum Elektroniksysteme LZE stellen im LZE-Leitprojekt LoPAN (Long Range Personal Area Network) eine Entwicklung vor, die alle bisherigen Kompromisse für Smart Home-Anwendungen auflöst. Das Projekt LoPAN wird gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie.

 

LoPAN vereint hohe Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz

LoPAN wurde als robuste und für große Reichweiten optimierte Funktechnologie für Smart Home und Smart Building-Anwendungen entwickelt. Das in beiden Technologien verwendete Herzstück ist ein ETSI (Europäische Institut für Telekommunikationsnormen)-standardisiertes Telegramm-Splitting-Verfahren. Es teilt die Sensornachricht in kleinere Pakete auf und sendet diese zeitversetzt auf mehreren Frequenzbändern. Das garantiert hohe Zuverlässigkeit und damit große Störungssicherheit der Datenübermittlung. Dies hat sowohl im Unternehmenskontext wie auch für private Anwendungen höchste Priorität. Das Telegramm Splitting wird derzeit bereits in Produkten des mioty®-Ökosystems für massive IoT-Anwendungen mit vielen hunderttausend Sensoren in der Industrie eingesetzt.

 

Wartungsarm und flexibel für die Gebäude- und Heimsteuerung

Im Consumerbereich für die Gebäude- und Heimsteuerungen ist neben zuverlässiger Übertragung auch eine kosteneffiziente Realisierung wichtig. Durch die Kombination von so genannten LPWANs (Low-Power Wide Area Networks), also Netzwerken mit hoher Reichweite und geringem Strombedarf, und WPANs (Wireless Personal Area Network) für den Nahbereich über eher kostengünstige Basisstationen gelingt es, die verschiedenen Vorteile beider Netzwerktechnologien miteinander zu vereinen: Viele tausend Sensoren können so direkt vernetzt werden und über nur eine einzige, kostengünstige Basisstation aktiv angesprochen werden. Das heißt mit einem Klick auf dem Smart Phone oder Tablet lassen sich nicht nur die Sensordaten abfragen, sondern auch verschiedenste Aktoren gleichzeitig oder selektiv steuern.

Die Sensoren sind dabei extrem wartungsarm durch den erheblich reduzierten Energiebedarf und können zu vielen Funktechnologien parallel genutzt werden. Über die Anbindung an verschiedene Cloudlösungen oder die Verwendung günstiger Basisstationen bietet die LoPAN-Technologie eine attraktive Ergänzung für neue oder erweiterte Geschäftsmodelle.