PicoRadio - Genügsame Funktechnik für geringe Datenmengen

Selbstversorgende Knoten übertragen Daten mit einem Kilobit pro Sekunde

Während die Datenfunkstandards Bluetooth und Wireless LAN (IEEE 802.11b) immer mehr von sich reden machen und um die Gunst der Nutzer buhlen, arbeitet das Team von Professor Jan Rabaey vom Berkeley Wireless Research Center an einer Datenfunktechnik, die vieles anders machen soll: PicoRadio soll möglichst batteriefreie Billigst-Sender zu einem intelligenten, selbstorganisierenden Netzwerk verknüpfen, das in intelligenten Häusern, Autobahnen, Umgebungssensoren, Unterhaltungselektronik, Fabrikationsanlagen und der Robotik eingesetzt werden könnte.

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Das Wichtigste an dem PicoRadio-Netz ist, dass in der endgültigen Form die knopfgroßen Netzknoten selbst für ihren Energiehaushalt sorgen sollen, entweder über integrierte Solarzellen oder ein piezoelektrisches Polymer, das Vibrationen der Umgebung in Elektrizität umwandelt. Möglich werden soll dies durch einen Energieverbrauch von unter 100 Mikrowatt. Allerdings sind auch einmalig aufgeladene Lithium-Batterien oder wiederholt aufladbare Lithium-Akkus machbar. Zum Vergleich: 802.11b benötigt 300 Milliwatt und selbst Bluetooth-basierte Geräte arbeiten bei 70 Milliwatt, was größere Akkus und ständige Wartung notwendig macht.

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Der geringe Energiebedarf fordert jedoch einen Tribut: Die Funkreichweite und die Datenrate müssen auf ein Minimum reduziert werden. Während 802.11b theoretisch 11 Mbps (praktisch zwischen 5 und 6 Mbps), der Nachfolger 802.11a sogar 54 Mbit (praktisch 20 bis 28 Mbps) und das für drahtlose Nahvernetzung ("Personal Area Network" bzw. PAN) ausgelegte Bluetooth 723 kbps liefern, bieten PicoRadio-Knoten typische Datenraten von unter 1 kbps. Da die intelligenten Knoten jedoch als selbstorganisierendes Netz fungieren, könnten auch leicht höhere Datenraten erreicht werden. Um stromsparend zu agieren, kommuniziert ein Knoten immer nur mit dem nächstgelegenen Knoten, der seinerseits die Daten weitersendet, bis sie am Zielpunkt angekommen sind. Rabaey beschreibt dies als "multi-hop network", wobei die Knoten selbst überprüfen, welcher Knoten ihnen am nächsten gelegen ist.

Für Multimedia-Daten sind knapp 1 kbps zwar deutlich zu wenig, für die Übertragung von Text-, Sensor- und Steuerdaten reicht dies jedoch. Aus diesem Grunde werden die PicoRadio-Knoten neben dem Mikroprozessor, einer Kommunikationsschnittstelle zu anderen Knoten und der Stromversorgung auch einen oder mehrere Sensoren zur Messung von Elementen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Bewegung, Licht oder Ton enthalten. Darüber hinaus sollen die PicoRadio-Knoten wissen, wo sie lokalisiert sind. Eine Beispielanwendung wäre die Klimaregelung in großen Häusern, die ein PicoRadio-Netz ohne menschliche Interaktion selbstständig regeln könnte. Die Forscher hoffen, dass die voll programmierbaren PicoNode-Knoten irgendwann für wenig Geld in jedem Elektronikladen erhältlich sind und leicht für bestimmte Aufgaben programmiert werden können, so dass auch Privatanwender sie für ihr Heimnetz und die Haushaltsgerätesteuerung nutzen können.

In den nächsten zwei Wochen soll der erste einfache Prototyp eines drahtlosen PicoRadio-Netzwerks fertig sein, mit dem die Umsetzbarkeit des bisher noch sehr theoretischen Niedrig-Energie-Protokolls getestet werden soll. Ein voll funktionsfähiges, skalierbares PicoRadio-Netz soll voraussichtlich im Dezember 2002 errichtet werden.

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