Über 100 Millionen Geräte sind heute bereits weltweit in Versorgungsnetzen im Einsatz, und inmitten dieses unglaublichen Wachstums hat das Wi-SUN® Protokoll seine Zuverlässigkeit in einigen der anspruchsvollsten Anwendungen der Welt unter Beweis gestellt. Jetzt bringen Digi International und Silicon Labs diese bewährte Technologie mit der branchenweit ersten vollständigen, integrierten End-to-End Wi-SUN-Lösung auf einen breiteren Markt.
Angesichts der rasanten Entwicklung der IoT suchen Unternehmen aller Branchen nach robusten, skalierbaren Konnektivitätslösungen, die den Anforderungen geschäftskritischer Anwendungen gerecht werden. Während verschiedene drahtlose Technologien um Aufmerksamkeit konkurrieren, sticht der Wi-SUN-Standard für groß angelegte IoT im Freien hervor.
In diesem Beitrag geben wir Ihnen einen Einblick in diesen robusten Standard und zeigen Ihnen, wie die Wi-SUN-Lösung von Digi und Si-Labs die schnelle Planung und Bereitstellung großer, robuster und sicherer Netzwerke ermöglicht.
Warum Wi-SUN? Den Technologievorteil verstehen
Wi-SUN (Wireless Smart Ubiquitous Network) ist die führende IPv6-basierte Sub-GHz-Mesh-Netzwerktechnologie für IoT . Wi-SUN basiert auf den IEEE 802.15.4g-Standards und wird von der Wi-SUN Alliance® verwaltet, der über 300 Mitglieder angehören. Wi-SUN schafft sich selbst bildende, selbstheilende drahtlose Mesh-Netzwerke, die ihre Zuverlässigkeit in unternehmenskritischen Anwendungen auf der ganzen Welt bewiesen haben.
Stellen Sie sich das so vor: Herkömmliche Sterntopologie-Netzwerke funktionieren wie ein Hub-and-Spoke-System, bei dem alles von einem zentralen Gateway abhängt. Wenn dieses Gateway ausfällt, fällt das gesamte Netzwerk aus. Die Mesh-Architektur von Wi-SUN funktioniert anders. Mesh-Netzwerke tragen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei, indem sie einzelne Fehlerpunkte beseitigen. Jedes Gerät kann über mehrere Pfade kommunizieren und Hindernisse, Störungen oder ausgefallene Knotenpunkte automatisch umgehen. Diese widerstandsfähige Architektur gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb in schwierigen Umgebungen.
Durch den Betrieb in unlizenzierten Sub-GHz-Frequenzbändern bietet eine Wi-SUN-Lösung im Vergleich zu 2,4-GHz-Alternativen eine bessere Reichweite und Gebäudedurchdringung. Je nach Umgebung können einzelne Funkgeräte eine Reichweite von 0,5 Meilen in städtischen Gebieten (bis zu 1 Meile mit leistungsstarken Funkgeräten) und 6+ Meilen im Freien erreichen. Der Mesh-Networking-Aspekt erweitert die Reichweite erheblich über das einzelne Funkgerät hinaus.
Die Technologie unterstützt sowohl batteriebetriebene als auch stromversorgte Infrastrukturknoten mit anpassbaren Datenraten von 50 kbit/s bis 2,4 Mbit/s, um anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Der auf offenen Standards basierende Ansatz bietet Sicherheit auf Unternehmensniveau, Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern und skalierbare Konnektivität von einzelnen Standorten bis hin zu ganzen Regionen.
Stellen Sie sich das so vor: Herkömmliche Sterntopologie-Netzwerke funktionieren wie ein Hub-and-Spoke-System, bei dem alles von einem zentralen Gateway abhängt. Wenn dieses Gateway ausfällt, fällt das gesamte Netzwerk aus. Die Mesh-Architektur von Wi-SUN funktioniert anders. Mesh-Netzwerke tragen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit bei, indem sie einzelne Fehlerpunkte beseitigen. Jedes Gerät kann über mehrere Pfade kommunizieren und Hindernisse, Störungen oder ausgefallene Knotenpunkte automatisch umgehen. Diese widerstandsfähige Architektur gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb in schwierigen Umgebungen.
Durch den Betrieb in unlizenzierten Sub-GHz-Frequenzbändern bietet eine Wi-SUN-Lösung im Vergleich zu 2,4-GHz-Alternativen eine bessere Reichweite und Gebäudedurchdringung. Je nach Umgebung können einzelne Funkgeräte eine Reichweite von 0,5 Meilen in städtischen Gebieten (bis zu 1 Meile mit leistungsstarken Funkgeräten) und 6+ Meilen im Freien erreichen. Der Mesh-Networking-Aspekt erweitert die Reichweite erheblich über das einzelne Funkgerät hinaus.
Die Technologie unterstützt sowohl batteriebetriebene als auch stromversorgte Infrastrukturknoten mit anpassbaren Datenraten von 50 kbit/s bis 2,4 Mbit/s, um anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Der auf offenen Standards basierende Ansatz bietet Sicherheit auf Unternehmensniveau, Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern und skalierbare Konnektivität von einzelnen Standorten bis hin zu ganzen Regionen.
Der Beweis in der realen Welt: Wi-SUN Lösungen in Aktion
Der wahre Maßstab für jede Technologie liegt in ihrer Leistung in der Praxis. Wi-SUN hat sich in großen Installationen bewährt, die Jahr für Jahr zuverlässig funktionieren:
- Das intelligente Stromnetz von TEPCO in Tokio: Eines der weltweit größten Wi-SUN-Netzwerke verbindet mehrere Millionen intelligente Zähler in Tokio, Japan, und verarbeitet täglich fast eine Milliarde Datenpakete mit außergewöhnlicher Zuverlässigkeit.
- Die vernetzte Infrastruktur von Miami: Das vernetzte Straßenbeleuchtungsnetz von Miami (FPL) mit über 500.000 Einheiten wird durch ein größeres Wi-SUN-Netz verstärkt, das mehr als 5 Millionen vernetzte Geräte als Teil der Advanced Metering Infrastructure (AMI) umfasst.
- Intelligente Beleuchtung in Paris: Ein Wi-SUN Mesh-Netzwerk verbindet 280.000 Straßenlaternen in der ganzen Stadt und macht Paris zu einer der weltweit führenden Städte bei der Implementierung vernetzter Straßenlaternen. Der Einsatz ermöglicht Einsparungen von bis zu 70 % bei den jährlichen Energiekosten bei gleichbleibender Leistung das ganze Jahr über.
- Londons intelligente Stadtgründung: Die Stadt London ersetzte 15.000 Straßenlaternen (mit insgesamt nur 12 Grenzroutern) in der gesamten Square Mile durch ein Wi-SUN-Netz, das ausdrücklich als "zukunftssichere" Grundlage konzipiert wurde. Seitdem hat die Stadt über die Beleuchtung hinaus Sensoren zur Überwachung der Luftqualität, Verkehrs- und Parkmanagementsysteme sowie Sensoren für die öffentliche Sicherheit an Rettungsringhaltern am Flussufer installiert, die die Rettungsdienste alarmieren, wenn sie entfernt werden.
- Infrastrukturüberwachung in Japan: Die Wi-SUN-Lösung überwacht die Verschlechterung von Hängen und Böschungen aufgrund von starken Regenfällen oder Erdbeben und verfolgt die Kabelspannung auf Brücken, um deren Zustand während ihrer gesamten Lebensdauer und unter der Belastung durch den Schwerverkehr zu beurteilen.
Dies sind keine Pilotprojekte. Es handelt sich um groß angelegte, unternehmenskritische Implementierungen, die kontinuierlich unter verschiedenen Wetterbedingungen und in schwierigen städtischen Umgebungen betrieben werden und die außergewöhnliche Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und den Geschäftswert von Wi-SUN in großem Maßstab demonstrieren.
Von der Nützlichkeit zur Allgegenwärtigkeit: Was in großem Maßstab funktioniert, funktioniert überall
Hier ist die wichtigste Erkenntnis: Die gleichen Eigenschaften, die Wi-SUN-Lösungen für den massiven Einsatz in Versorgungsunternehmen geeignet machen, machen dieses Protokoll ideal für IoT in jeder Branche. Wenn eine Technologie jahrzehntelang zuverlässig Dutzende von Millionen intelligenter Zähler im 24/7-Betrieb verwalten und täglich Milliarden von Transaktionen verarbeiten kann, verfügt sie über bewährte Fähigkeiten, die sich direkt auf andere anspruchsvolle Anwendungen übertragen lassen.
Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit eines Versorgungsunternehmens, das Millionen von Endpunkten verwaltet, gehören zu den strengsten in der gesamten Branche. Versorgungsunternehmen können keine Netzwerkausfälle tolerieren, die das Ablesen von Zählern verhindern, den Verlust von Umsatzdaten verursachen oder die Netzverwaltung beeinträchtigen. Die Sicherheitsanforderungen sind ebenso anspruchsvoll, da Versorgungsnetzwerke als kritische Infrastruktur eingestuft werden und ständigen Cyber-Bedrohungen ausgesetzt sind.
Wenn eine Wi-SUN-Lösung diese Anforderungen in großem Umfang erfüllen kann, ist sie mehr als geeignet für Anwendungen wie Solaranlagen, Gebäudeautomatisierungs- und -steuerungssysteme, Öl- und Gasüberwachungsgeräte und Anlagenmanagement in verteilten Einrichtungen. Die gleiche weitreichende Konnektivität, die intelligente Zähler in der Nachbarschaft verbindet, eignet sich auch für die Überwachung von Solaranlagen auf einem Gewerbegelände, die Verfolgung von Geräten in einer Industrieanlage oder die Verbindung von Sensoren auf einem Ölfeld.
Die Beispiele aus London und die Brückenüberwachung in Japan veranschaulichen dies perfekt. Das Londoner Netz begann mit der Straßenbeleuchtung, wurde dann aber auf Überwachungsstationen für die Luftqualität, Parksensoren und öffentliche Sicherheitssysteme ausgeweitet, die alle auf derselben bewährten Infrastruktur laufen. Die Überwachung von Brückenkabeln und die Sensoren für die Hangstabilität in Japan stellen Infrastrukturbewertungspunkte dar, die Ergebnisse aus der Praxis liefern. Die Möglichkeiten sind beträchtlich: Ob Sie Zählerstände, Luftqualitätsdaten, strukturelle Belastungsmessungen oder Sicherheitsalarme übertragen, Wi-SUN bietet die Zuverlässigkeit und Leistung, die Ihre Anwendungen erfordern.
Die Digi XBee® für Wi-SUN Lösung: Erstellen, Bereitstellen, Verwalten
Die Digi XBee for Wi-SUN Lösung deckt den gesamten Lebenszyklus von Wi-SUN Netzwerken durch drei integrierte Komponenten ab, die so konzipiert sind, dass sie vom ersten Tag an nahtlos zusammenarbeiten und gleichzeitig volle Interoperabilität mit dem breiteren Wi-SUN Ökosystem gewährleisten. Die Digi Wi-SUN Lösung ermöglicht es Unternehmen und Lösungsanbietern, Wi-SUN Netzwerke in großem Umfang aufzubauen, einzusetzen und zu verwalten.
Bauen: Smart Digi XBee für Wi-SUN-Module
Die Digi XBee für Wi-SUN-Module basieren auf der EFR32-Plattform von Silicon Labs, die über die Secure Vault™-Technologie mit PSA Certified Level 3-Status (die höchste Stufe der IoT ) verfügt, und bieten die Zuverlässigkeit und Sicherheit, die kritische Anwendungen erfordern.
Die Digi XBee für Wi-SUN-Module sind in drei Industriestandard-Formfaktoren erhältlich (Durchsteckmontage, Oberflächenmontage und Mikromontage), die weltweit über 25 Millionen Modulimplementierungen ermöglicht haben, und bieten maximale Designflexibilität. Die Module sind in zwei Varianten erhältlich: Leaf Node (LFN)-Module erreichen eine Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren für entfernte Sensoren mit optionaler Bluetooth LE-Konnektivität, während Full Function Node (FFN)-Module stromversorgte Geräte sind, die Anwendungen mit hohem Durchsatz und Datenraten von bis zu 2,4 Mbps unterstützen.
Das Besondere an den Digi XBee for Wi-SUN-Modulen ist ihre Edge-Intelligence-Fähigkeit. Die MicroPython-Programmierbarkeit ermöglicht die Verarbeitung auf dem Modul und die lokale Steuerung, wodurch Cloud-Abhängigkeiten reduziert und Echtzeit-Reaktionen ermöglicht werden. So kann beispielsweise eine intelligente Straßenlaterne, die mit einem Digi XBee for Wi-SUN-Modul ausgestattet ist, die Helligkeit automatisch anhand der Erkennung von Fußgängern und der Umgebungsbedingungen anpassen, ein Solar-Tracker kann die Positionierung der Panels anhand von Einstrahlungssensoren optimieren, oder eine Gebäudeautomatisierungssteuerung kann die HLK-Einstellungen anhand von Belegungsmustern anpassen - und das alles ohne ständige Kommunikation mit der Cloud und die daraus resultierende Latenz.
Vorinjizierte Zertifikate machen eine komplexe Sicherheitsprovisionierung überflüssig, so dass Geräte sofort nach dem Auspacken sicher in Netzwerke eingebunden werden können. Der vertraute XBee-Footprint vereinfacht die Integration für Entwickler, die bereits Erfahrung mit der XBee-Technologie haben, und bietet gleichzeitig Zugang zu den fortschrittlichen Mesh-Netzwerkfunktionen von Wi-SUN.
Einsetzen: Intelligente Digi XBee Hive Border Router
Der Digi XBee Hive Border Router dient als Gateway zwischen Ihrem Wi-SUN Mesh-Netzwerk und Ihrer bestehenden Infrastruktur. Diese zweckbestimmten Geräte lassen sich von Pilotprojekten bis hin zu Unternehmenseinsätzen skalieren und unterstützen Hunderte von Wi-SUN-Knoten pro Router.
Die Digi XBee Hive Border Router basieren auf Digi Accelerated Linux mit dem integrierten Digi TrustFence® Sicherheitsframework und nutzen dieselben Silicon Labs Secure Vault-Funktionen auf höchstem Niveau wie unsere Digi XBee for Wi-SUN-Module, wodurch ein komplettes Sicherheitsökosystem auf jeder Netzwerkebene entsteht.
Die Multicore-Prozessorarchitektur (Dual Cortex-A7 @ 650 MHz + Cortex-M4 @ 209 MHz) liefert die für fortschrittliche Anwendungen erforderliche Leistung. Mehrere Konnektivitätsoptionen wie LTE Cat 1 Mobilfunk, Dual-Band Wi-Fi 5 mit Bluetooth 5.2, 10/100 Mbit Ethernet und per Software auswählbare serielle RS-232/RS485-Schnittstellen gewährleisten eine zuverlässige Backhaul-Konnektivität unabhängig von den Standortbedingungen.
Die integrierte Edge-Computing-Plattform in den Digi XBee Hive Border Routern umfasst verwaltete Linux-LXC-Container-Unterstützung durch die Containers-as-a-Service-Funktionalität von Digi, die die Bereitstellung von benutzerdefinierten Anwendungen direkt auf dem Border Router ermöglicht. Die Unterstützung von Python 3 und die vollständige Konfiguration der Befehlszeilenschnittstelle (CLI) ermöglichen die lokale Datenverarbeitung, die Entscheidungsfindung in Echtzeit und die automatische Ausführung von Aufgaben, wodurch die Bandbreitenkosten gesenkt und die Reaktionszeiten verbessert werden.
Zu den fortschrittlichen Netzwerkfunktionen gehören die vollständige IPv6-Unterstützung, Digi WAN Bonding zur Kombination mehrerer Verbindungen für eine stabile Konnektivität und IPv6/IPv4-Adressübersetzung, die Wi-SUN-Netzwerke nahtlos in bestehende IT-Infrastrukturen integriert, ohne dass Änderungen der Architektur erforderlich sind.
Verwalten: Digi Remote Manager® und Digi XBee Studio Tools
Digi Remote Manager dient als Cloud-basierte Kommandozentrale für das komplette Wi-SUN-Netzwerk-Lebenszyklusmanagement im großen Maßstab. Zu den Funktionen gehören eine zentralisierte Netzwerkkonfiguration und -überwachung über Tausende von Knoten, eine automatisierte PKI-Zertifikatsverwaltung, OTA-Firmware- und Software-Updates, Echtzeitwarnungen und detaillierte Berichte über den Netzwerkzustand sowie offene APIs für die Integration von Systemen Dritter.
Digi XBee Studio bietet umfassende Tools für die Entwicklung, den Einsatz und den Support durch lokale Techniker. Das Tool vereinfacht die Einrichtung des Netzwerks, Konfigurationstests und die Fehlerbehebung vor Ort und ermöglicht so kürzere Bereitstellungszeiten und eine geringere betriebliche Komplexität.
Verteilte Edge Intelligence: Verarbeitung dort, wo es darauf ankommt
Die Digi XBee for Wi-SUN-Lösung bietet hochentwickelte Edge-Intelligence-Funktionen sowohl auf Modul- als auch auf Border-Router-Ebene und ermöglicht so Echtzeit-Entscheidungen und einen autonomen Betrieb im gesamten Netzwerk. Global denken, lokal verarbeiten.
Auf Modulebene ermöglichen die Digi XBee for Wi-SUN-Module mit MicroPython-Programmierbarkeit eine lokale Datenverarbeitung und autonome Entscheidungsfindung. Dies reduziert den Netzwerkverkehr und die Betriebskosten im Backend und verbessert die Reaktionsfähigkeit des Systems. Intelligente Straßenlaternen können automatisch die Helligkeit anpassen, Solartracker können die Positionierung optimieren, Gebäudesteuerungen können HLK und Beleuchtung verwalten, und Industriesensoren können lokale Alarme auslösen, wenn Schwellenwerte überschritten werden.
Auf der Border-Router-Ebene unterstützt die Dual-Prozessor-Architektur der Digi XBee Hive Border Router eine integrierte Edge-Computing-Plattform mit verwalteten Linux-Containern und Python 3-Umgebungen, die anspruchsvolle lokale Analysen über Hunderte von angeschlossenen Knoten ermöglicht. Digi XBee Hive Border Router aggregieren Sensordaten, führen Geschäftslogik aus und koordinieren netzwerkweite Reaktionen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, die eine lokale Reaktion oder einen kontinuierlichen Betrieb bei Unterbrechungen der WAN-Verbindung erfordern.
Dieser verteilte Edge-Intelligence-Ansatz reduziert die Bandbreitenanforderungen, minimiert die Netzwerklast, verbessert die Reaktionszeiten für kritische Anwendungen und ermöglicht die Aufrechterhaltung des Betriebs bei Verbindungsunterbrechungen. Da Wi-SUN ein IP-basiertes Mesh-Netzwerk schafft, bei dem jeder Knoten ein adressierbares IP-Gerät ist, wird die Integration in die bestehende IT-Infrastruktur durch die Verwendung von Standard-Netzwerkprotokollen und -Tools zum Kinderspiel.
Global Open Solutions gewinnen
Die branchenweit erste vollständige, offene End-to-End-Wi-SUN-Lösung bietet messbare Vorteile gegenüber komplexen Integrationen mehrerer Anbieter. Vorvalidierte Komponentenkompatibilität und umfassende Entwicklungstools verkürzen die Implementierungszeit von Monaten auf Wochen. Die Edge-Intelligenz sowohl auf der Ebene der Digi XBee for Wi-SUN-Module als auch auf der Ebene der Digi XBee Hive Border Router ermöglicht eine lokale Verarbeitung und einen autonomen Betrieb, wodurch Cloud-Abhängigkeiten und Betriebskosten reduziert werden.
Die Unterstützung eines einzigen Anbieters reduziert das Integrationsrisiko und vereinfacht die Fehlerbehebung durch einheitliche Verwaltungstools. Alle Komponenten sind so optimiert, dass sie vom ersten Tag an nahtlos zusammenarbeiten, während Wi-SUN CERTIFIED-Module die bewährte Interoperabilität des Ökosystems sicherstellen.
Mit weltweiten behördlichen Zulassungen für die USA, Kanada, Europa, Indien und Japan und industriellen Betriebstemperaturbereichen ist die Digi XBee for Wi-SUN Solution produktionsreif für anspruchsvolle Einsätze rund um den Globus.
Erfahren Sie mehr und fangen Sie an
In unserem nächsten Beitrag werden wir uns eingehend mit der Sicherheitsarchitektur befassen, die Wi-SUN für kritische Infrastrukturen geeignet macht. Dabei werden wir untersuchen, wie hardwaregestützte Sicherheit, offene Standards und nahtlose IT-Integration eine Grundlage schaffen, auf die Sie sich für einen jahrzehntelangen Betrieb verlassen können.
Sind Sie bereit, die Möglichkeiten zu erkunden? Erfahren Sie mehr über die kommenden Entwicklungen, die verfügbaren Optionen für eine frühzeitige Evaluierung und die Einsatzmöglichkeiten unter www.digi.com/wi-SUN.
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