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net4more: Licht als Infrastruktur für das IoT

Das Internet der Dinge (IoT) setzt eine leistungsfähige und zuverlässige Infrastruktur voraus. Diese Rolle kann das überall vorhandene Licht beziehungsweise als Endknoten die Leuchte übernehmen – mit der Toolbox »net4more« von Tridonic sogar ohne Gateways.

Grafik: Internet der Dinge Bildquelle: © Tridonic

Immer mehr vernetzte Geräte und Komponenten im Privat-, Gebäude- und Industriebereich führen zu komplexen Anforderungen an die Netzwerke. In Gebäuden haben verschiedene Gewerke häufig ihr eigenes Netzwerk, werden über Gateways gesteuert und sind über diese auch an übergeordnete Managementsysteme angebunden. So wird die Lichtsteuerung beispielsweise über DALI (Digital Addressable Lighting Interface) realisiert, die Steuerung von Rollläden, Heizung, Klima und Lüftung über KNX. Dabei nutzt jedes Gewerk in der Regel zur Steuerung eigene Sensoren wie Präsenzmelder oder Umgebungslichtsensoren. Kommen noch weitere Steuerungsprotokolle hinzu, wird die Synchronisierung aller anfallenden Datensignale aufwendig und die Komplexität der Vernetzung steigt.

Eine Möglichkeit, die Komplexität zu reduzieren, ist eine einheitliche, IP-basierte Plattform. Da eine Licht-Infrastruktur sowohl in Gebäuden als auch in Städten – auf öffentlichen Plätzen und auf Straßen – bereits vorhanden ist, lässt sich diese Infrastruktur als Basis für vernetzte Geräte und Komponenten im IoT nutzen. Die Licht-Infrastruktur hat bereits eine eigene Energieversorgung, sodass Sensoren einfach mitversorgt werden können. Es müssen weder zusätzliche Leitungen verlegt werden, noch ist eine Batterieversorgung für Sensoren erforderlich. Ein aufwendiger Batteriewechsel in definierten zeitlichen Abständen entfällt. Außerdem ist in den meisten Leuchten auch genügend Platz vorhanden, um Sensoren und andere Komponenten zu integrieren. Damit können Leuchten zum Knotenpunkt für die Datenerfassung und deren Weiterleitung werden.

 

In Kürze
»net4more« besteht aus LED-Treibern, Kommunikationsmodulen, Sensoren, Routern, Software und Applikationen. Das System ist auf Interoperabilität und offene Schnittstellen ausgelegt. So basiert die Software-Architektur auf dem offenen Standard des Internet-Protokolls IPv6, die drahtlose Kommunikation auf einer Low-Power-Version mit IPv6 und die Anwendungs- und Kommunikationsebene verwendet ebenfalls offene Standards. Das System ermöglicht sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Kommunikation – und ist für beliebig große Gebäude oder Flächen skalierbar. Außerdem bietet es die Möglichkeit, eigene Lösungen zu integrieren.

 

Grafik: IP-basierte versus herkömmliche Kommunikation Bildquelle: © Tridonic

Überlagerte Darstellung von Übersetzungen in einer IP-basierten, Gateway-freien Architektur nach dem IP-to-the-end-node-Konzept (o.) im Vergleich zur Darstellung einer traditionellen Kommunikation mittels IP-basierter Geräte.

Kommunikation ohne Gateways

Vernetzt man die Leuchten über ein drahtloses oder Ethernet-basiertes IP-Protokoll, lässt sich nicht nur das Licht steuern, sondern auch andere Funktionen im Gebäude regeln. Für diesen Zweck hat Tridonic net4more entwickelt, eine offene Hard- und Software-Plattform, die LED-Treiber, Kommunikationsmodule, Beacons (Minisender, die über Bluetooth kommunizieren), Schnittstellen, Sensoren, Router, Software und Applikationen umfasst. Die Toolbox erlaubt als IP-to-the-end-node-Lösung die IP-Kommunikation bis zum Endknoten – also bis zur einzelnen Leuchte. Damit wird die Leuchte Teil des IoT und kann mit allen anderen Geräten im Netzwerk durchgängig kommunizieren.

Die Vernetzung der lichtbasierten IoT-Komponenten kommt ohne Gateways aus. Alle Funktionen der Leuchte oder von Sensoren und Beacons lassen sich direkt adressieren. Die Lösung beruht auf modularen Hardware-Komponenten und einem Intraleuchten-Bussystem, welches das Kommunikationsinterface, den LED-Treiber und die Sensoren miteinander verbindet und mit Energie versorgt. Das Buskonzept ist flexibel und kann künftig verschiedene Treiber und komplexe Lösungen, wie Multi-Sensor-Leuchten oder Mehrkanal-LED-Treiber integrieren. Das Treiber-Portfolio lässt sich einfach an die Anforderungen der Licht-Applikation anpassen – ohne Einfluss auf die Kommunikation.

Leuchten dienen als Knotenpunkt für die Datenerfassung und deren Weiterleitung. Bildquelle: © Tridonic

Leuchten dienen als Knotenpunkt für die Datenerfassung und deren Weiterleitung.

Als erstes Lichtvernetzungssystem unterstützt die Toolbox drei Netzwerktypen: kabelgebunden mit Ethernet und Power-over-Ethernet (PoE) sowie ein drahtloses Thread-Mesh-Netzwerk. Bei Ethernet laufen Stromzufuhr und Datenkommunikation über zwei verschiedene Kabel, bei PoE lässt sich die Netzwerkleitung auch für die Stromversorgung nutzen. Die drahtlose Datenübertragung greift auf die Stromverkabelung für die Leuchten zurück. Dort leiten die Funkmodule die Informationen von Leuchte zu Leuchte weiter.

Das System lässt sich für Gebäude oder Flächen unterschiedlicher Größe flexibel skalieren. Alle Systeme auf dem Bussystem, wie Treiber oder Sensoren, fungieren als Ressourcen eines Netzwerkknotens unter einer einzelnen IPv6-Adresse. Dabei erlaubt es das Buskonzept, unterschiedliche Hardware-Komponenten in einer Leuchte zu integrieren.

 

Gebäudeplanung leicht gemacht

Da diese Lösung ohne Gateways auskommt, wird die Gebäudeplanung einfacher. Es sind keine komplexen Updates der einzelnen Geräte mehr erforderlich. Auf diese Weise reduziert sich der Aufwand für die Einrichtung, den Betrieb und die Erweiterung des Netzwerkes sowie der Anwendungssoftware.