Das Internet of Things (IoT) ermöglicht es, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und zusammenarbeiten zu lassen – auf Basis von Informations- und Kommunikationstechniken. Relevante Informationen aus der realen Welt werden erfasst, miteinander verknüpft und im Netzwerk verfügbar gemacht. Das führt dazu, dass bei zu starker Sonneneinstrahlung die Jalousien automatisch geschlossen werden, Fahrzeuge in Echtzeit vor Staus warnen und Wearables die körperliche Aktivität überwachen.
Bisweilen hakte das Internet of Things noch an einer mangelnden Kompatibilität, da – je nach Anforderung und Anwendung – verschiedene Funktechnologien genutzt werden. Beispiele dafür sind Wi-Fi, Bluetooth (Low Energy) und ZigBee. Zusätzlich problematisch: Manche Geräte besitzen die gleichen Funkfrequenzen und stören sich gegenseitig. Dadurch verzögert sich die Datenübertragung, Daten können verloren gehen, der Energieverbrauch steigt und die Batterielebensdauer sinkt.
Fokus: Unterschiedliche Funktechnologien
Ein Team vom Institut für Technische Informatik an der TU Graz forscht an der Erschließung der letzten Meile bis zur Marktreife des Internet of Things. Zuletzt fokussierten sie den direkten Informationsaustausch zwischen handelsüblichen Geräten mit unterschiedlichen Funktechnologien und entwickelten X-Burst, ein generisches Framework das Hersteller in die Betriebssysteme ihrer IoT-Produkte integrieren können. Vorausgesetzt, diese nutzen die gleichen Funkfrequenzen.
Das generische Framework X-Burst
Die Technologie nutzt zeitgesteuerte Energieimpulse im Funkkanal, die von jedem intelligenten Gerät erzeugt und von den meisten erkannt werden können. Dabei werden standardkonforme Datenpakete unterschiedlicher Länge gesendet. Diese Pakete sind in ihrer Länge encodiert, das heißt, die Information ist in der Dauer der Pakete gespeichert. Die Empfangsgeräte überwachen den Energiepegel im Funkkanal. Dadurch können sie die Pakete erkennen, ihre Dauer bestimmen und schlussendlich die darin enthaltene Information extrahieren.
Erfolgreiche Kommunikation
Das Projekt fokussiert den Datenaustausch im lizenzfreien 2,4-Gigahertz (GHz)-Band. Dieser Frequenzbereich wird von vielen Funkstandards benutzt – so auch von den gängigsten Technologien Wi-Fi, Bluetooth (Low Energy) und ZigBee. Das Team konnte anhand eines Prototyps nachweisen, dass X-Burst eine erfolgreiche Kommunikation zwischen unterschiedlichen Funktechnologien im Internet of Things ermöglicht.
X-Burst macht die teuren und unflexiblen Gateways überflüssig, die derzeit bei Geräten mit unterschiedlichen Funktechnologien zwischengeschalten werden.
Weitere Vorteile von X-Burst
X-Burst ermöglicht das Synchronisieren der Systemuhren der verschiedenen Geräte. Dadurch können diese zum Beispiel bestimmte Aktionen zeitgleich ausführen.
X-Burst bildet 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 und den Energieverbrauch der Geräte.
Derzeit arbeiten die Forschenden an einem neuen Prototypen, der die Vorteile von X-Burst in einem tatsächlichen Smart-Home Szenario demonstrieren und verdeutlichen soll.
Projekt und Team
Im Team vom Institut für Technische Informatik an der TU Graz waren Rainer Hofmann, Hannah Brunner und Carlo Alberto Boano. Sie forschten gemeinsam mit Kollegen von der TU Darmstadt. Das Projekt wurde teilweise im Rahmen des COMET-Zentrums Pro2Future und im Rahmen des EU-Projekts SCOTT (Secure Connected Trustable Things) durchgeführt, das von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) und der Europäischen Kommission gefördert wird.
Das EU-geförderten Projekt Secure COnnected Trustable Things (SCOTT) ist eine Zusammenarbeit zwischen 57 Partnern aus zwölf Ländern. Darunter die europäischen Schlüsselakteure aus verschiedenen Industriebereichen wie Automobil, Luftfahrt, Eisenbahn, Gesundheit sowie Bauen und Wohnen und intelligente Infrastruktur. SCOTT läuft im April 2020 aus.
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