Intelligente Gebäudesteuerungen in Fabrikanlagen wie auch in
Privathaushalten werden für die Steuerung vieler Systeme wie Licht, Klima oder
Jalousien eingesetzt. Dabei werden – bislang meist über Kabel – zwischen den
Geräten mittels eingebauter Netzknoten Signale weitergegeben, um die Technik
entsprechend zu steuern. Auch Geräte mit Funksteuerung sind möglich, jedoch
sind die Reichweiten hier bislang sehr klein und häufig nur innerhalb eines
Raumes möglich.
Bei solchen Installationen existieren häufig noch technische Probleme:
durch Defekte oder Umbau können Knoten verschwinden, die Kommunikation wird an
dieser Stelle verhindert. Es können Störungen durch dynamische Veränderungen
auftreten, z.B. durch umherlaufende Menschen, oder Türen, die auf und zu gehen.
Auch Störungen durch andere Geräte auf gleichen Frequenzen sind möglich. Wenn
viele Geräte gleichzeitig senden, besteht ein sehr großes Signalaufkommen mit
vielen Redundanzen, auch stören sich die Knoten gegenseitig – das sogenannte
Broadcast-Storm-Problem. Bei Überlastung kann
die Kommunikation sogar völlig zusammenbrechen. Intelligente
Gebäudesteuerung ist eine sehr nützliche Technik, bislang funktioniert sie jedoch
noch nicht effizient und die Installation gestaltet sich aufwändig,
insbesondere bei der Signalübertragung durch Kabel.
Große Netze
mit vielen Geräten – bei kabelloser Installation – das ist das Ziel von Junior
Prof. Dr. Hannes Frey und seinem Mitarbeiter Rafael Funke. Die problematischen
Redundanzen wollen sie minimieren, indem sie Knoten entfernen und damit das
Netz ausdünnen. Dieses ist dadurch zwar störanfälliger, aber mit der richtigen
Balance zwischen Netzdichte und Redundanzfreiheit kann dieses Problem
überwunden werden.
Dr. Hannes Frey und Rafael Funke bauen auf der herkömmlichen
Funktionsweise auf: Jeder Knoten gibt ein empfangenes Signal genau einmal an jeden
seiner Nachbarn weiter. Trotz begrenzter Sendereichweite werden auf diese Weise
alle Geräte im Netz erreicht. Frey und Funke konfigurieren das System so, dass es
dynamisch auf Störungen reagieren kann: Spezielle Back-up-Knoten wiederholen
bei Bedarf – und nur dann – das Signal über Backup-Pfade. Mittels
Multi-Hop-Kommunikation funktioniert dies auch über nicht-vorhandene Geräte
hinweg. Zusätzlich können die Knoten durch algorithmische Lösungen der Mikrocontroller
auch bei geringer Speicherkapazität (kostengünstig) arbeiten.
Für die einzelnen Knoten werden in einem herkömmlichen Schalter kleine
Platinen installiert, die vom Projektpartner Insta Elektro GmbH in Lüdenscheid
entwickelt und gebaut wurden. Neben Schaltern können auch Fernbedienungen oder
Bewegungsmelder als Eingabegeräte dienen.
Die
Konfiguration wurde bereits in Versuchsaufbauten und Simulationen mit 230
installierten Knoten getestet. Als Ergebnis konnten Hannes Frey und Rafael Funke
eine signifikante Steigerung in der Auslieferungsrate auf 95 Prozent verzeichnen
– dem Anteil der Knoten, die die Nachricht tatsächlich bekommen haben.
Das zweijährige
Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand
(ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie mit 180.000
Euro gefördert.
<link fileadmin aktuelles pressefotos april forschunginsight_maerz2012.pdf>März-Ausgabe 2012 der Forschung inSight
