Open Source Mesh Netzwerk für die Smart City von heute
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Interoperabilität ist für die Entwicklung von Smart Cities von entscheidender Bedeutung. Paradox Engineering, Mitglied der Minebea Mitsumi Gruppe, hat sich intensiv mit der Frage auseinandergesetzt, warum Städte heute auf Offenheit setzen und sich von proprietären Datenformaten und Technologien verabschieden sollten. Die Lösung ist das Open Source Mesh Netzwerk. Daran arbeiten Paradox und Minebea zusammen mit dem UCIFI.
Inhalt des Fachartikels
- Interoperable urbane Infrastrukturen
- Einheitliche Datenmodelle für Open Cities
- Mesh Netzwerk als nächster Schritt
- Was ist Mesh?
Interoperable urbane Infrastrukturen
Nehmen Städte und Versorgungsunternehmen eine interoperable urbane Infrastruktur in Angriff, ziehen sie meist vorhandene internationale Internet of Things (IoT) Konnektivitätsstandards wie Lorawan, NB-IoT oder Wi-SUN in Betracht. Auch wenn das kein schlechter Ansatz ist, sollten sie sich bei dieser Technologie bewusst sein, dass diese Standards nur die Netzwerkschicht und das Nachrichtenprotokoll der jeweiligen IoT Lösung abdecken. Auch bieten sie kein spezifisches Datenmodell oder Anwendungs-Payload für den Gebrauch in Städten.
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Als Ergebnis greifen Anbieter der Lösung meist auf geschützte Anwendungsebenen oder proprietäre Datenmodelle zurück. Damit ist der Kunde an dessen Technologie und an oft teure API Integrationen gebunden.
Für Paradox Engineering und Minebea Mitsumi war das einer der wesentlichen Gründe, um der UCIFI Alliance beizutreten. Paradox hat schon immer an offenen Standards gearbeitet. Das Unternehmen hat es sich zum Ziel gesetzt, Multi-Supplier Lösungen für intelligente Umgebungen und Städte zu entwickeln.
Was macht UCIFI?
Die UCIFI Alliance sorgt für das fehlende Stück in der Smart City Interoperabilität. Sie ist eine Internet of Things Allianz, der Unternehmen, Städte und Versorger angehören. Sie alle beschäftigen sich mit der Entwicklung, Förderung und Zertifizierung des offenen, einheitlichen Datenmodells UCIFI für Smart City Geräte und der UCIFI Mesh Implementierung.
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Die UCIFI nutzt und erweitert bestehende Standards wie das LWM2M. Zudem bietet sie eine Open-Source Implementierung des einheitlichen Datenmodells für Mobilfunk- und Lorawan Protokolle, welche die physikalische Schicht und das Messaging Protokoll standardisieren, die jedoch das Datenmodell für Smart City Geräte nicht spezifizieren. Außerdem bietet der UCIFI Open-Source Smart City Stack auf dem Wi-SUN (6Lowpan) Mesh eine vollständige Interoperabilität für alle Smart-City Geräte. Eine Anbieterbindung und teure proprietäre API Integrationen werden verhindert.
Einheitliche Datenmodelle für Open Cities
Heute leitet Paradox Engineering die technische Arbeitsgruppe der UCIFI. Unter seiner Mitarbeit konnte bereits das erste einheitliche Datenmodell für Städte und Versorgungsunternehmen veröffentlicht werden. Damit ist man einen wichtigen Schritt vorwärts gekommen bei der Sicherstellung einer vollständigen Interoperabilität zwischen verschiedenen IoT Geräten innerhalb eines Netzwerks. Mit einem gemeinsamen Datenmodell lassen sich verbundene Geräte eines Herstellers durch gleichwertige Geräte anderer Hersteller ersetzen, ohne dass dabei eine Software integriert werden muss.
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Das UCIFI Datenmodell nutzt dabei die Light Weight M2M (LWM2M) Registrierung der Open Mobile Alliance, um intelligente Endgeräte (Referenzobjekte) und ihre Attribute (Ressourcen) zu beschreiben. Damit lässt sich das Potential von Open Cities zu reduzierten Kosten nachhaltig erschließen.
Die IoT Lösung von Paradox hat die Interoperabilitätstests für die LWM2M Implementierung während dem OMW Virtual Testfest 2021 erfolgreich bestanden. Das UCIFI Datenmodell erleichtert Lieferanten die Implementierung auf deren Geräten. Damit können sie Talq konform werden und die entsprechenden Zertifizierungen erhalten.
Mesh Netzwerk als nächster Schritt
Der nächste Schritt ist nun die Implementierung von einem Open Source Mesh-Netzwerk. Daran arbeiten Paradox Engineering zusammen mit der UCIFI Allianz. Als Mission soll nun ein Open Source Mesh-Netzwerk entstehen sowie Referenzimplementierung definiert und bereitgestellt werden. Diese soll die Smart City Anwendungsebenen auf jedem 6Lowpan/Wi-SUN zertifizierten Mesh Netzwerk standardisieren.
Eine Smart City Anwendung ist immer spezifisch und stellt individuelle Anforderungen: Dazu zählen die:
- Bandbreite
- Erreichbarkeit der Geräte
- Inbetriebnahme
- Kommunikation der Endgeräte untereinander in Außenbereichen.
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Solche Services werden derzeit nur innerhalb proprietärer Lösungen auf dem Markt implementiert. Das Ziel der UCIFI besteht jetzt darin, die Smart City Anwendungsebene auf Basis von 6Lowpan/Wi-SUN Netzwerken zu standardisieren und das Protokoll zu definieren. Auch müssen die Prozesse definiert werden, welche für die Inbetriebnahme von Geräten und Netzwerken, für die End-to-End Sicherheit sowie die Gerätekommunikation verwendet werden sollen. Damit wird eine vollständige End-to-End Interoperabilität garantiert.
Technisches Allgemeinwissen
Mesh bedeutet: Ineinandergreifen oder Vermaschen. Im Bereich der Kommunkationstechnik gibt es das Mesh Netzwerk. Das Netz ist dabei zusammenhängend. Von jedem Netzwerkknoten existiert ein Weg zu jedem anderen Knoten. Die Informationen werden von Knoten zu Knoten weitergereicht, bis sie das Ziel erreichen. Dabei ist das Mesh-Netzwerk sehr leistungsfähig im Gegensatz z. B. zu einem WiFi Range Extender, der "nur" das vorhandene WiFi Signal dupliziert, was auf Kosten der Geschwindigkeit (half-duplex) einhergeht. In einem aus mehreren zusammenhängenden Mesh-WLAN Geräten lassen sich zum Beispiel in einem Zuhause statt einem Router verschiedene WLAN Quellen (Zugangspunkte) nutzen, die alle über die gleiche, schnelle Performance verfügen. Das Ergebnis ist ein flächendeckend besserer Empfang. Je größer das Gebäude, desto mehr Zugangspunkte sind für die WLAN Abdeckung nötig. Diese Zugangspunkte sind über ein drahtloses Netzwerk miteinander verbunden. Solange sie miteinander in Reichweite (Mesh Bereich) aufgestellt sind, kommunizieren sie drahtlos ohne Switch und Router miteinander. Aber auch mit kabelverbundenen Verbindungen lässt sich ein effizientes Daten Routing umsetzen.
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Nicola Crespi ist Chief Innovation Officer bei Paradox Engineering.