10-2019
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik
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Wireless<br />
IEEE 802.15.4<br />
Dies ist die Basis für Zigbee und<br />
MiWi und unterstützt 2,4 GHz<br />
oder Sub-Gigahertz-Frequenzen.<br />
Diese Technik bildet Mesh-<br />
Netze und löst die wichtigsten<br />
Probleme batteriebetriebener<br />
Netzwerke: Stromverbrauch,<br />
Zuverlässigkeit, Persistenz und<br />
Reichweite.<br />
Eine Reihe von Faktoren können<br />
Funk-Netzwerke stören: Bewegung<br />
der menschlichen Nutzer,<br />
Veränderungen der Umgebung,<br />
leere Batterien und temporäre<br />
Interferenzen. Mesh-Netze auf<br />
der Basis von IEEE 802.15.4<br />
können sich beim Auftreten<br />
solcher Störungen selbst heilen.<br />
Dieses Feature ermöglicht<br />
eine deutliche Verbesserung der<br />
Netzwerkstabilität bzw. Zuverlässigkeit<br />
der Kommunikation.<br />
Knoten in solchen Mesh-Netzen<br />
bieten auch eine bessere Persistenz.<br />
Sie lassen sich in den<br />
Schlafmodus versetzen, wenn<br />
keine Datenkommunikation<br />
erforderlich ist. Im Unterschied<br />
zu Verfahren wie etwa Ethernet<br />
oder WiFi, die nichtkommunizierende<br />
Knoten innerhalb eines<br />
Netzwerks als „veraltet“ ausschließen<br />
können, bieten IEEE-<br />
802.15.4-Netze eine dauerhafte<br />
Netzzugehörigkeit.<br />
Der Durchsatz reicht hier je nach<br />
Konfiguration und gewähltem<br />
Protokoll von <strong>10</strong>0 kb/s bis zu 1<br />
Mb/s. Diese Netze sind proprietär<br />
und bieten wenig bis gar<br />
keine Interoperabilität zu bestehenden<br />
Infrastrukturen.<br />
Umsetzung in die<br />
Praxis<br />
Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung<br />
der Netzwerk-Merkmale.<br />
Wie verknüpft man nun<br />
diese Produkte für einen optimalen<br />
Betrieb? Microchip<br />
Technologies bietet Wireless-<br />
Produktschnittstellen in vier<br />
Varianten: UART, SPI, SDIO<br />
und Standalone. Die ersten drei<br />
Varianten sind für den Betrieb<br />
mit einem Host, zum Beispiel<br />
einer MCU, einem Mikroprozessor<br />
oder einem FPGA, konzipiert.<br />
Der Standalone-Baustein<br />
ist ein Universalbaustein, der in<br />
einem Paket oder Modul eine<br />
MCU mit einer Funkschaltung<br />
kombiniert.<br />
Für seine Interface-Produkte hat<br />
Microchip sogar Treiber und<br />
ASCII-Interpreter entwickelt,<br />
die den Einsatz mit den gehosteten<br />
Bausteinen vereinfachen.<br />
Bei einem Standalone-Baustein<br />
lässt sich das Wireless-Protokoll<br />
mit dem Code des Anwenders zu<br />
einer kompakten und kundenspezifischen<br />
Lösung verschmelzen.<br />
Tabelle 2 zeigt, welche Arten von<br />
Schnittstellen für Wireless-Tools<br />
zur Verfügung stehen.<br />
Zentrales Kriterium:<br />
Wirtschaftlichkeit<br />
Ob es um eine elegante Mobiltelefon-Schnittstelle<br />
mit Bluetooth<br />
Low Energy geht, oder<br />
ob man hohen Datendurchsatz<br />
mit WiFi und einem SDIO/<br />
MPU realisiert – die Auswahl<br />
des optimalen „Werkzeugs“ für<br />
eine gegebene Anwendung ist<br />
entscheidend. Dies hilft, wertvolle<br />
Entwicklungszeit einzusparen,<br />
die Time-to-Market zu<br />
verkürzen und den Umsatz zu<br />
steigern. Weitere Informationen<br />
finden interessierte Leser unter<br />
www.microchip.com. ◄<br />
Technologie<br />
Durchsatz<br />
(Mb/s)<br />
Reichweite<br />
(m)<br />
BLE mittel, 1...2 30...<strong>10</strong>0 mittel allgemein<br />
verfügbar<br />
WiFi hoch, >25 15...50 hoch allgemein<br />
verfügbar<br />
LoRa niedrig, 0,1 <strong>10</strong>.000 sehr gering proprietär<br />
oder Provider<br />
IEEE<br />
802.15.4<br />
gering bis<br />
mittel 0,1...1<br />
Tabelle 1: Überblick der Wireless-Attribute<br />
Stromverbrauch Infrastruktur Interoperabilität verfügbare<br />
Produkte<br />
sehr hoch<br />
sehr hoch<br />
RN4678 RN4870<br />
ATWINC1500,<br />
ATWILC<strong>10</strong>00<br />
ATSAM34<br />
hf-praxis <strong>10</strong>/<strong>2019</strong> 65<br />
hoch<br />
40+ sehr gering proprietär gering ATSAMR21<br />
(2,4 GHz),<br />
ATSAMR30<br />
(Sub-GHz)<br />
Technologie Durchsatz (Mb/s) Schnittstelle typischer Host verfügbare Produkte<br />
BLE mittel, 1...2 ASCII (UART) 8/16/32-Bit-MCU RN4678, RN4870<br />
WiFi<br />
hoch, >25<br />
mittel, 5...11<br />
mittel, 8...<strong>10</strong><br />
SDIO<br />
SPI<br />
Standalone<br />
Linux<br />
MPU/FPGA<br />
MCU<br />
ATWILC<strong>10</strong>00<br />
ATWINC1500 ATSAMW25<br />
-<br />
LoRa gering, 0,1 Standalone - ATSAM34<br />
IEEE 802.15.4 gering bis mittel,<br />
0,1...1<br />
Standalone - ATSAMR21 (2,4 GHz), ATSAMR30<br />
(Sub-GHz)<br />
Tabelle 2: Verfügbare Schnittstellen
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