“Es ist unmöglich, die Unabhängigkeit eines verbundenen Objekts zu garantieren”

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Professor an der Universität von Poitiers, Frédéric Launay, untersuchte den Energieverbrauch von Internet of Things-Terminals in 4G und 5G und gab mehrere Lektionen.

Frédéric Launay, Forschungsprofessor an der Universität Poitiers. © Frédéric Launay

J.D.N. Die Autonomie vernetzter Objekte ist ein grundlegendes Thema für Benutzer, insbesondere bei Mobiltelefonen, und es ist ein Kommunikationsmittel, das mehr Energie verbraucht. Wie stellen Sie sicher, dass der Akku möglichst lange hält?

Friedrich Launay. Einige Spieler behaupten, dass ihre Geräte zehn Jahre alt sind. Tatsächlich ist es unmöglich, Autonomie zu garantieren, da sie von mehreren Kriterien abhängig ist, die von der Verwendung und Implementierung des Objekts abhängen:

  • Latenz: Wir müssen uns nach der Dringlichkeit der Datenverarbeitung fragen. Wenn zum Beispiel ein Gabelstapler einen Mann auf seinem Weg erkennt, kann er nicht zwei Sekunden warten, bevor er bremst.
  • Die Wichtigkeit von Informationen: Ist es gefährlich, wenn ein Datenpaket verloren geht? Wenn dies der Fall ist, muss ihm vertraut werden, indem es zurückgesendet oder eine Bestätigung eingeholt wird. Beispielsweise übermitteln angeschlossene Behälter den stündlichen Füllstand. Wenn Sie ein Paket auf einmal verlieren, spielt es keine Rolle. Andererseits soll im Brandfall schnellstmöglich Alarm gegeben werden und in diesem Fall muss die Datenübertragung quittiert werden.
  • Reichweite: Wenn der Sender in der Nähe ist, verbraucht er weniger, als wenn er 20 Kilometer entfernt ist. Durch die Verdopplung der Distanz wird der Verbrauch mindestens vervierfacht. Eine Lösung, um dies zu korrigieren: Erstellen Sie verwirrte Netzwerke.
  • Datenpaketgröße: je größer, desto länger die Übertragungszeit und damit der Stromverbrauch. Es muss also nachgefragt werden, ob das ganze Paket verschickt wird oder nur eine andere Kopie. Muss für die Temperatur jedes Mal die Temperatur übertragen werden oder nur die Temperaturdifferenz, wenn sie auftritt? Daher ist der Einsatz von Edge Computing wichtig.

Um die Unabhängigkeit des Themas zu würdigen, ist es notwendig, die gewünschten Verwendungen von Fall zu Fall zu untersuchen.

Gibt es Mechanismen, die die Autonomie verbundener Organismen beeinflussen?

“Um die Unabhängigkeit seines Themas zu würdigen, ist es notwendig, die Verwendungen von Fall zu Fall zu untersuchen”

Wenn ein Gerät von Zeit zu Zeit abgefragt werden muss, wird davon ausgegangen, dass es eingeschaltet bleibt, um eine Informationsanforderungsnachricht zu empfangen. Um Energie zu sparen, ist es am einfachsten, ein Objekt zu verwenden, das nur zu bestimmten Zeiten Informationen übertragen muss. In diesem Fall reicht es aus, ihn so zu konfigurieren, dass er seine Daten in einem solchen Intervall sendet. Wenn die Übertragung stündlich gesendet werden muss, macht es keinen Sinn, sie zwischenzeitlich auszuführen. Dieser Mechanismus, der das Gerät im Offline-Zustand hält, bis es aufwacht, heißt PSM, Power Saving Mode.

Ein weiterer Mechanismus, Wake-Up Radio (WuR), besteht darin, dem Endgerät einen drahtlosen Empfänger hinzuzufügen, der wenig Energie verbraucht und in der Lage ist, das Interaktionssignal wiederherzustellen, wenn das Endgerät verbunden ist. Anstatt die Antenne permanent zu aktivieren, agiert also eine Niedrigleistungseinheit nur, um den Anruf abzufangen und das Objekt aufzuwecken.

Ich habe Handys studiert, spielen Frequenzen eine Rolle bei der Autonomie?

„Wenn das vernetzte Objekt seine Daten jede Minute statt alle zehn Minuten sendet, wäre es ein Faktor zehn in Sachen Autonomie.“

Niedrigere Frequenzen haben bessere Reichweiten und eine bessere Durchdringung. Daher ist es besser, sie auszuwählen. Das Senden auf einem freien Funkkanal wie LoRaWAN kann Störungen erleiden, da sich verschiedene Objekte damit verbinden, da freie Frequenzen allen gehören. Um diese Unterbrechungen und Nachrichtenverluste zu vermeiden, bieten Mobilfunkbetreiber dedizierte Frequenzen an, die sie zu exorbitanten Preisen kaufen, was die Servicequalität erhöht. Sie kontrollieren also die Parameter des Radios, insbesondere die Häufigkeit des Lesens der Informationen. Kunden kontrollieren das PSM/eDRX im Netzwerk des Netzbetreibers nicht ohne kommerzielle Vereinbarung – das Problem kann beim Roaming auftreten. Wenn das vernetzte Objekt seine Daten jede Minute sendet, dann ist es statt alle zehn Minuten ein Faktor zehn in Sachen Autonomie.

Abgesehen von diesem Vertragsbestandteil ist der Vorteil eines Mobiltelefons, insbesondere von NB-IoT-Netzen, die Möglichkeit des Roamings. Die Verbreitung dieser NB-IoT-Netzwerke boomt, und die Betreiber hoffen, bis 2025 weltweit 20 Milliarden Objekte mit 4G/5G-Mobilfunknetzen zu erreichen.

Weitere Inhalte zu diesem Thema finden Sie auf der Website der IoT Reflection Group.

Frederic Launay ist Dozent am LIAS Laboratory (ENSIP School of Engineering) und Ausbilder in der R&T-Abteilung am IUT von Poitiers. Er unterrichtet VoIP-Telefonie, 4G- und 5G-Mobilfunknetze, IMS und VoLTE.

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