Mioty-Funkkommunikation

IoT für kritische Infrastrukturen

22. Oktober 2021, 8:30 Uhr | Simon Flepp

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Mioty oder LoRa?

Zurück zur Frage, warum ein vergleichsweise noch wenig bekanntes Funksystem ausgewählt wurde. Laut Reto Friedl habe man vor allem ein robustes System gesucht, das auch bei schwierigen Geländebedingungen zuverlässig kommuniziere. »Das müssen wir aufgrund unseres geschäftskritischen Use Cases sicherstellen. Hier hat uns Mioty zunächst in der Theorie und dann auch in der Praxis überzeugt.« Die nötige Reichweite wäre laut Uwe Scholz zwar auch mit dem etablierteren LoRa möglich gewesen, nicht aber die für Betreiber von kritischer Infrastruktur nötige Robustheit, um mit Funksensoren in einem unlizenzierten Frequenzbad zukunftsfähig zu sein.

»In Zukunft wird es im gleichen öffentlichen Funkfrequenzband immer mehr Sensoren geben, die gleichzeitig funken. Das kann, bei größerer Knotendichte, zu Kollisionen führen und Informationen gehen verloren, wenn Telegramme während der Übermittlung gestört werden.« Mioty adressiert dieses Problem durch eine Redundanz im Telegramm-Splitting. Beim Aufteilen der Telegramme in Subpakete werden die Informationen mehrfach verschickt und können im Empfänger rekonstruiert werden, wenn einzelne Subpakete verloren gehen. »Insbesondere in Grenzbedingungen, wenn es um große Reichweiten geht oder viele Sensoren an einer Stelle aktiviert werden, macht sich dieser Vorteil von Mioty bemerkbar«, sagt Uwe Scholz. »Wir sehen hier für uns viel Potenzial.

Testfahrten zeigen hohe Funkreichweite

In der Machbarkeitsstudie hat sich gezeigt, dass sich über Mioty ein großes Versorgungsgebiet mit einigen wenigen, leistungsstarken Basisstationen abdecken lässt. Als Versuchsgebiet wurde eine ländliche, leicht hügelige Ebene gewählt, die von zwei Seiten durch Erhebungen mit Tal-Einschnitten abgeschlossen ist. »Eine Basisstation in der Ebene kann eine Fläche von rund 300 km² abdecken«, schildert Swissphones CTO, Harald Pfurtscheller, aus den ausgewerteten Testfahrten. »Die Funkstrecken für die statischen Sensoren an den Funkmasten oder in Schaltanlagen sind 3,5 km bis mehr als 12 km lang und in der Regel ohne direkte Sichtverbindung. Dies gelingt meist sogar mit viel Reserven von 15 dB zur typischen Systemempfindlichkeit von –138 dBm (Tabelle).

Gerät	Distanz [km]	Betriebszeit [Tage]	RSSI-Mittelwert [dBm]	Meldungen	verlorene Meldungen	Verlustrate [%]
Tor 1	0,03	42	–76	3679	0	0
Mast 1	3,5	42	–103	1002	0	0
Mast 2	3,5	42	–120	1002	0	0
Kabine 1	6,0	42	–120	2007	0	0
Trafostation 1	5,5	13	–108	615	0	0
Unterwerk 1	12,6	43	–123	4041	8	0,2
Unterwerk 2	7,6	42	–128	4043	105	2,6

Mit den mobilen Mioty-Sendern konnte in Einzelfällen auch über 20 km ohne Sichtverbindung eine ausreichende Funkverbindung mit Reserven gemessen werden. Unter Sichtbedingungen wurden Funkdistanzen von 30 – 35 km gezeigt, ohne spezielle Richtantennen. Die Stabilität solcher langen, indirekten Links wird jetzt über den Jahresverlauf weiter untersucht.«

Erkannte Funklöcher durch topografische Einschränkungen ließen sich laut Harald Pfurtscheller gut mit einer zweiten oder dritten benachbarten Basisstation in dutzenden Kilometern Entfernung ausgleichen. In überlappenden Zonen erhöht sich dadurch die Übertragungssicherheit. Diese Art von redundanter Netzwerkplanung strebt Swissphone für kritische Anwendungen an (Bild 4).

Leistungsfähigkeit von Mioty weiter ausbauen

Zurzeit lassen sich die meisten typischen LPWAN Szenarien mit Mioty adressieren. Dabei wird in der Regel nur ein Uplink benötigt (Sensor/Funkknoten kann Basisstation erreichen). Mioty-Anwendungen mit Downlink (Basisstation kann Sensor/Funkknoten erreichen) sind gegenwärtig noch limitiert und bedürfen einer entsprechend vorausgegangene Meldung seitens des Funkknotens (Class A). Eine breit abgestützte Industrie-Allianz arbeitet an der Weiterentwicklung der ETSI Spezifikation für echte, bidirektionale Anwendungen mit definierten Latenzen (Class B), nebst weiteren Mechanismen für eine effiziente und energiearme Kommunikation in hochskalierbaren und anspruchsvollen Funkanwendungen.

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