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Funkprotokolle für die Gebäudeautomation

Frequenzen, Reichweiten, Datenrate

Aufgrund der zunehmenden Vernetzung nimmt die Bedeutung der Funktechnologie kontinuierlich zu. So wuchs die Funktechnologie 2018 gegenüber zum Vorjahr um 32 Prozent. Dieses Kommunikationsmedium reicht von der kabellosen Datenübermittlung über lange Distanzen mittels LTE und zukünftiger 5G-Technologie, bis hin zu kurzen Distanzen über Meshnetzwerke. Nahezu jede smarte Anwendung profitiert von der Funktechnologie, die kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert wird. Anhand des Energy Harvesting Switch (EHS) von ZF lassen sich Vor- und Nachteile der verschiedenen Protokolle verdeutlichen.

 (Bild: ZF Friedrichshafen AG)

Energieautarker monostabiler Generator (Bild: ZF Friedrichshafen AG)

Zahlreiche Unternehmen haben es sich zur Aufgabe gemacht, smarte Sensoren und energieeffiziente Aktoren zu entwickeln. Ein Beispiel dafür ist der Energy Harvesting Switch (EHS) von ZF. Neben diesen Hardwarekomponenten werden auch diverse Funkprotokolle angeboten, die den Datenaustausch überhaupt erst ermöglichen. Je nach Anwendung haben sich verschiedene Protokolle etabliert, die Vor- und Nachteile aufweisen.

Weit- vs. kurzreichende Frequenzen

Die Datenübermittlung über lange Distanzen erfolgt über LTE und zukünftig über 5G. Aufgrund der großen Reichweite von 1 bis zu 10km und der hohen Datenrate von bis zu 2.000.000kByte/s (5G) findet diese Funktechnologie ein breites Spektrum an Anwendungen. Dazu zählen u.a. die Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikation, fahrerlose Transportsysteme, das Arbeiten mit Drohnen und Virtual/Augmented Reality. Der Vorteil der Funk-Technologie ist, dass sehr große Datenmengen über große Reichweiten übertragen werden können. Meshnetzwerke haben im Vergleich zu 5G eine geringere Reichweite von 10m im Gebäude und bis zu 500m im Freien. Auch die Datenrate ist wesentlich geringer mit 0,5 bis zu 100kByte/s. Im Gegensatz zu LTE oder 5G fallen jedoch keine Gebühren für die Übertragung an und der Energieverbrauch ist wesentlich geringer. Meshnetzwerke werden deshalb vor allem für das Gebäudemanagement, Lichtsteuerung und für Monitoring eingesetzt. Ein wesentliches Merkmal von Meshnetzwerken ist deren dezentrale Architektur. Durch die Vermaschung von Sensoren und Aktoren existieren mehrere Verbindungswege, um eine Information von einer Quelle zu einem Ziel zu übertragen. Dadurch wird auch die Übertragungssicherheit verbessert.

Funklösung für Gebäudeautomation

Der energieautarke Funkschalter von ZF ist eine batteriefreie Alternative zur Auslösung von Aktionen innerhalb einer kabellosen Infrastruktur eines Meshnetzwerks aber auch für Point-to-Point-Kommunikation. Besonders ist hierbei die Energy-Harvesting-Technologie. Die mechanische Betätigungsenergie durch das Drücken des Schalters reicht aus, um ein mehrfach redundantes Funksignal auszusenden. Dieses beinhaltet alle wesentlichen Informationen, die für die Kommunikation zwischen ausgewählten Geräten notwendig ist. Für die Datenkommunikation haben sich verschiedene Protokoll-Typen auf dem Markt durchgesetzt. Diese reichen von WLAN, WIFI und Bluetooth über ZigBee und KNX RF bis hin zu EnOcean und Z-Wave. Der Grund für die Vielzahl an verschiedenen Protokollen beruht darauf, dass jedes Protokoll andere Eigenschaften aufweist. Je nach Anwendung und Endgerät sind die unterschiedlichen Protokolle mit ihren spezifischen Eigenschaften mehr oder weniger gut geeignet. Der EHS unterstützt bereits bekannte Protokollstandards wie KNX RF, Bluetooth, EnOcean und ZigBee. Somit kann der Schalter flexibel in nahezu jedes System eingebunden werden – ob Smart Home, für Industrie-Applikationen oder im Bereich Micromobility/E-Bikes.

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