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Bewährte drahtlose Kommunikationslösungen von IQRF Tech

2020-12-10

IQRF

Die mit der Pandemie verbundene Situation führte zu zahlreichen Einschränkungen des beruflichen und sozialen Lebens. Dies unterstreicht die Vorteile der Fernsteuerung von Produkten, Produktionsprozessen und Steuerungen. Die drahtlose Kommunikation sollte jedoch mit den höchsten Sicherheitsstandards implementiert werden. Dies ist besonders wichtig für industrielle Anwendungen. Das Angebot von TME umfasst eine breite Palette von Modulen von IQRF Tech s.r.o., die die drahtlose IQRF-Kommunikationstechnologie bereitstellen. Der Artikel beantwortet die folgenden Fragen:

  • Was ist die IQRF-Technologie?
  • Was sind die einzigartigen Merkmale der IQRF-Technologie?
  • Was sind die Vorteile der Anwendung der IQRF-Technologie?
  • Wie unterstützt der Hersteller Kunden im Entwicklungsprozess?
  • Wo werden die IQRF-Produkte eingesetzt?

Was ist IQRF-Technologie?

IQRF® ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die seit 2004 entwickelt wird. Sie arbeitet im Sub-GHz-Funkband (433/868/916 MHz) und ermöglicht die Übertragung einer kleinen Datenmenge bei minimalem Stromverbrauch. Abhängig von der ausgewählten Option beträgt die Stromaufnahme im Standardbetriebsmodus etwa ein Dutzend mA oder im Energiesparmodus etwa 250 µA. Aufgrund des geringen Stromverbrauchs eignet sich die Technologie perfekt für batteriebetriebene Anwendungen und andere, die große Energieeinsparungen erfordern.

IQRF

Abb. 1. Grafische Darstellung des Stromverbrauchs des Moduls TR 76D in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebsmodus.

Module können je nach Art der Anwendung in der Topologie POINT - POINT, STAR, PEER to PEER und MESH arbeiten. Innerhalb eines Netzwerks können bis zu 240 Geräte in der MESH-Struktur betrieben werden. Dies gewährleistet einen sicheren und zuverlässigen Betrieb und bietet gleichzeitig einen hohen Komfort für die Netzwerkbedienung.

Highlights der IQRF-Technologie

Auf dem Markt ist eine breite Palette von Modulen erhältlich, die eine drahtlose Verbindung von Geräten ermöglichen. Es lohnt sich jedoch, auf die Vorteile der Implementierung der IQRF-Technologie zu achten:

a) Zuverlässigkeit der Datenübertragung

Die Zuverlässigkeit der Übertragung ergibt sich direkt aus der Verwendung des einzigartigen und patentierten Protokolls IQMESH. In der Phase der Vernetzung verwendet das Protokoll eine asynchrone Kommunikation, mit der Pakete, die über den Prozess der Netzwerkerstellung informieren, so schnell wie möglich gesendet werden sollen. Nach ihrer Erstellung basiert das Protokoll auf synchroner Kommunikation. Der Koordinator überwacht den Prozess der Datenübertragung im Netzwerk. In dem Fall, in dem das Netzwerk eine MESH-Struktur aufweist, hat jedes der im Netzwerk platzierten Module die Möglichkeit, Datenpakete in genau definierten Zeitintervallen für alle benachbarten Geräte zu wiederholen (zu repeaten). Eine solche Lösung verhindert das Auftreten von Paketkollisionen und schützt den Benutzer gleichzeitig vor einem Kommunikationsausfall im Falle einer vorübergehenden Störung.

b) Fast Response Command (FRC)

Durch die Verwendung des Protokolls Fast Response Command, auch als FRC bezeichnet, kann der Benutzer Informationen viel schneller aus dem Netzwerk herunterladen. FRC -Protokoll ist nämlich vorkonfigurierbar. Dies bedeutet, dass die Konfiguration vor der tatsächlichen Verwendung auf der Ebene des Koordinators erfolgen muss. Auf diese Weise wird der Typ der Rückmeldung bestimmt. Die praktische Funktionsweise des Protokolls ist äußerst einfach. Nach der korrekten Konfiguration sendet der Netzwerkkoordinator das Gesamtpaket, und die Netzwerkknoten platzieren die erforderlichen Informationen im Stapelpaket an einer bestimmten Stelle. Dank dessen erhält der Benutzer in wenigen oder zig Sekunden, abhängig von der Größe des Netzwerks, Informationen über den Status des Parameters, auf den sich die Abfrage bezieht. Dies kann beispielsweise der Status der Leuchte (Ein / Aus), die Temperatur oder die Spannungs- oder Stromwerte für bestimmte Komponenten sein. Das FRC-Protokoll ist ideal für die Überwachung definierter kritischer Parameter in einer bestimmten Anwendung. Aus Sicht des Benutzers ist es äußerst wichtig, dass man viele Befehle unterschiedlichen Typs vorbereiten und entsprechend den Anforderungen senden kann, die sich aus der Spezifik der Anwendung ergeben.

Das Funktionsprinzip der IQMESH- und FRC-Protokolle wurde in den Videos vorgestellt, die sich mit Produkten befassen, die auf der QRF-Technologiebasieren. Die Videos finden Sie auf den Produktkarten im Katalog von TME (Registerkarte "Multimedia").

c) Dreistufige Sicherheit der Datenübertragung

Die erste Schutzstufe ist das Zugriffskennwort des Benutzers (access passwort), das bei der Erstellung des Netzwerks zugewiesen wird. Damit Geräte mit dem Netzwerk verbunden werden können, muss das ins Modul implementierte 16-Zeichen-Kennwort mit dem Kennwort im Koordinator identisch sein. Wenn die Kennwörter unterschiedlich sind, wird das Gerät nicht zum Netzwerk hinzugefügt. Dies ist eine Schutzmaßnahme gegen das unbefugte Hinzufügen von Geräten zum Netzwerk. Die zweite Sicherheitsstufe ist die Netzwerkverschlüsselung, die als networking encryptionbezeichnet wird. Jedes Modul ist mit einem eindeutigen, zufällig generierten Passwort mir einer Länge von 192b ausgestattet, das in der Produktionsphase einzeln generiert wird. Das Kennwort wird während des Hinzufügens zum Netzwerk sicher an die Module übertragen, die als Knoten fungieren. Der Benutzer muss sich also nicht nur mit der Netzwerkverschlüsselung befassen, sondern auch mit der Verwaltung und Verteilung von Netzwerkkennwörtern. Die dritte Sicherheitsstufe ist das Kennwort des Benutzers, bekannt als user key. Dies ist eine freiwillige dritte Schutzstufe, die durch die Zuweisung eines zusätzlichen 16-stelligen Sicherheitspassworts erreicht wird. Dank dieser Lösung haben besonders sensible Daten einen zusätzlichen Schutz.

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Abb. 2. Netzwerkverschlüsselung während der Datenübertragung.

d) Das Protokoll Direct Peripheral Access

Das integrierte Protokoll Direct Peripheral Access abgekürzt als DPA, ermöglicht es, die vom Entwickler zum Programmieren des Moduls benötigte Zeit zu verkürzen, was auch die Zeit für die Produktimplementierung auf dem Markt verkürzt. Dies ist dank der Verwendung der vom Hersteller bereitgestellten Hardwareprofile möglich. Nach der Implementierung führen sie die Kommunikation zwischen dem IQRF-Modul und dem externen Element über die SPI- oder UART-Schnittstelle durch. Ein solcher Programmierpfad bedeutet, dass die Rolle des Systementwicklers darin besteht, hauptsächlich die Logik des Aktors im Gerät vorzubereiten, die für die Implementierung spezifischer Aufgaben und Funktionen verantwortlich ist. Natürlich hat der Benutzer weiterhin die Möglichkeit, das Modul auf herkömmliche Weise zu programmieren und den gesamten verfügbaren Anwendungsbereich nach seinen Wünschen zu nutzen. Der Unterschied zwischen klassischer Programmierung und dem DPA-Protokoll ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

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Abb. 3. Möglichkeiten zur Programmierung der IQRF-Module. Links wird die Programmierung mit dem DPA-Protokoll dargestellt, rechts die klassische Programmierung der Anwendungsschicht.

Die Anwendung IQRF IDE

Die IQRF®-Technologie ist viel mehr als ein drahtloses Modul. IQRF Tech bietet eine Reihe von Lösungen, die den Arbeitskomfort verbessern. Die erste ist die Bereitstellung zusammen mit den Modulen der Anwendung IQRF IDE. Es ist eine kostenlose Software, mit der man auf einfache Weise ein Netzwerk erstellen kann, sie ermöglicht auch seine Visualisierung und ein breit verstandenes Management. Mit der Software kann man auch die übertragenen Daten anzeigen und lesen. Aufgrund ihrer erweiterten Funktionalität ist die Software ein ideales Werkzeug für Entwickler. Es ist erwähnenswert, dass es nach dem Deaktivieren einiger der erweiterten Funktionen auch ein Werkzeug werden kann, das dem Kunden das allgemeine Konzept des Systems vorstellen kann. Dies ist dank der eingebauten und praktischen Funktionstasten möglich. Dank IQRF IDE ist es möglich, das Betriebssystem der Module zu aktualisieren, sodass Kunden die in den neuesten Versionen verfügbaren Funktionen nutzen können. Die Anwendung verfügt außerdem über einen integrierten HF-Scanner zur Überprüfung der Interferenzpegel und zur Generierung von QR-Codes, die Informationen zu dem in einem bestimmten Netzwerk verwendeten Modul enthalten. Dies eröffnet dem Benutzer eine alternative Möglichkeit, Geräte zum Netzwerk hinzuzufügen, indem der zuvor generierte QR-Code gelesen wird.

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Abb. 4. Visualisierung eines beispielhaften Netzwerks aus 10 Knoten und einem Koordinator in der Anwendung IQRF IDE. Mit der IQRF-Technologie kann man Module, die im Energiespar- und Standardmodus arbeiten, innerhalb des Netzwerks anschließen.

Die Firma IQRF Tech stellt den Entwicklern kostenlose Beispielprogrammcodes zur Verfügung. Dies beschleunigt die Erstellung der erwarteten Endfunktionalität erheblich. Darüber hinaus kann man mit dem verfügbaren SDK (Software development Kit) und IQRF Gateway Daemon für gängige Single-Board-Computer eigene Access Gates erstellen, die mit nicht standardmäßigen Ports ausgestattet werden können, sowie Produkte und Zentraleinheiten für mehr fortgeschrittene Funktionalität erstellen. Das Angebot des Unternehmens wird durch Gates, Kabel, Antennen, Anschlüsse, Fernbedienungen sowie die Möglichkeit ergänzt, ein Projekt oder einen Teil davon als eine Dienstleistung umzusetzen. Neben den kostenlosen Anwendung und Codeabschnitte für Entwickler legt der Hersteller großen Wert auf technischen Support von höchster Qualität, der rund um die Uhr geleistet wird. Nach der Registrierung des Projekts bietet der Hersteller die Möglichkeit einer kostenlosen Projektberatung (auf Anfrage, gefolgt von der Unterzeichnung einer Geheimhaltungsvereinbarung) mit besonderem Schwerpunkt auf dem Thema drahtlose Kommunikation.

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Abb. 5. Die Abbildung zeigt, wie die Antennen montiert werden können. Links befindet sich ein Pad-Hole, zu dem Sie eine externe Antenne, einen U.FL-Anschluss und eine im Modul eingebaute Antenne führen können.

Die Produkte von IQRF Tech sind eine hervorragende Basis für die Erstellung von Anwendungen für das Internet der Dinge (IoT) und das industrielle Internet der Dinge (IIoT). Sie unterstützen die vollständige Autonomie des erstellten Netzwerks und stellen gleichzeitig die Interoperabilität mit allen vorhandenen Kommunikationsstandards wie LoRa, Wi-Fi, GSM, Bluetooth oder Ethernet auf Gateway-Ebene sicher. Die IQRF-Technologie wird in Anwendungen im Zusammenhang mit Beleuchtungs- oder Wärmesteuerung, Industrie- und Gebäudeautomation, Messsystemen und Produktionslinienautomatisierung eingesetzt. Sie funktioniert gut in Projekten, die eine Kommunikation zwischen Produkten oder Maschinen (M2M) und anderen Projekten im Bereich der Industrie 4.0 erfordern.

Entdecken Sie die Produkte von IQRF Tech.

Autor: Piotr Antończyk, IQRF Tech s.r.o

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