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IoT: Direkte Kommunikation trotz unterschiedlicher Funkstandards

Im Internet der Dinge sind nicht alle Geräte miteinander kompatibel, da sie verschiedene Standards wie WLAN, Bluetooth oder ZigBee nutzen. Dank eines neu entwickelten Frameworks können drahtlose Geräte mit unterschiedlichen Funktechnologien zukünftig direkt miteinander kommunizieren.

Ob vernetzte Fahrzeuge, fernbediente Haushaltsgeräte, Wearables oder Industrie 4.0: Die Zahl intelligenter Produkte, die im Zeitalter des Internets der Dinge drahtlos mit anderen Geräten kommunizieren, ist in den letzten Jahren rasant gestiegen. Allerdings sind nicht all diese Geräte untereinander kompatibel, da sie – je nach Anforderung und Anwendung – verschiedene Funktechnologien wie WLAN, Bluetooth (Low Energy) oder ZigBee nutzen. Mehr noch: Viele Geräte besitzen oftmals die gleichen Funkfrequenzen und stören sich gegenseitig. Dadurch verzögert sich die Datenübertragung, Daten können verloren gehen, der Energiebedarf steigt und die Batterielebensdauer sinkt.

Forschende am Institut für Technische Informatik der TU Graz haben nun ein System entwickelt, das den direkten Informationsaustausch zwischen handelsüblichen Geräten ermöglicht, die zwar unterschiedliche Funktechnologien, aber die gleichen Funkfrequenzen nutzen. Dabei handelt es sich um ein generisches Framework namens X-Burst, das Firmen zukünftig in die Betriebssysteme ihrer IoT-Produkte integrieren können.

Die Forschenden machen sich zeitgesteuerte Energieimpulse im Funkkanal zunutze, welche von jedem Smart Device erzeugt und von den meisten detektiert werden können: „Wir senden standardkonforme Datenpakete unterschiedlicher Länge. Diese Pakete sind in ihrer Länge encodiert, die Information ist also in der Dauer der Pakete gespeichert. Die Empfangsgeräte überwachen den Energiepegel im Funkkanal und können dadurch die Pakete detektieren, ihre Dauer bestimmen und schlussendlich die darin enthaltene Information extrahieren“, erklären Rainer Hofmann und Hannah Brunner vom Institut für Technische Informatik der TU Graz, die gemeinsam mit ihrem Kollegen Carlo Alberto Boano federführend im Projekt waren.

In ihrer Arbeit konzen­trierten sich die Forschenden vor allem auf den Datenaustausch im lizenzfreien 2,4-GHz-Band. Dieser Frequenzbereich wird von vielen Funkstandards benutzt – so auch von den gängigsten Technologien WLAN, Bluetooth (Low Energy) und ZigBee, die im Zentrum der Untersuchungen standen. Anhand eines Prototyps konnte das Team nachweisen, dass X-Burst eine erfolgreiche Kommunikation zwischen unterschiedlichen Funktechnologien ermöglicht, ohne dass – wie derzeit bei Geräten mit unterschiedlichen Funktechnologien notwendig – teure und unflexible Gateways zwischengeschalten werden.

Die Erfindung ermöglicht zudem das Synchronisieren der Systemuhren der verschiedenen Geräte, wodurch diese, zum Beispiel, zeitgleich bestimmte Aktionen ausführen können. Außerdem bildet X-Burst den Grundstein für eine intelligente Nutzung der Funkfrequenzen, indem alle Geräte ihre verwendeten Frequenzen untereinander kommunizieren und dementsprechend anpassen können. Das minimiert technologieübergreifende Störungen und verbessert die Zuverlässigkeit sowie den Energiebedarf der Geräte.

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