HART: Der hybride Pionier

Das Highway Addressable Remote Transducer (HART)-Protokoll entstand in den 1980er Jahren als Brücke zwischen analoger und digitaler Kommunikation.

• Funktionsweise: HART überlagert ein digitales Signal (Frequenzumtastung) auf dem traditionellen 4–20 mA Analogstromkreis.
• Hauptmerkmale:
• Bidirektionale Kommunikation
• Gerätediagnose und -konfiguration
• Kompatibilität mit Altsystemen

Vorteile

• Nahtlose Integration in bestehende analoge Infrastruktur
• Zuverlässig und gut verstanden
• Unterstützt durch ein riesiges Ökosystem von Feldgeräten

Einschränkungen

• Begrenzte Bandbreite und Datenrate
• Benötigt physische Verkabelung
• Nicht wirklich drahtlos – obwohl WirelessHART später seine Fähigkeiten erweiterte

WirelessHART: Ein Schritt in Richtung Mobilität

WirelessHART baute auf der HART-Grundlage auf und führte Mesh-Networking und drahtlose Knoten ein.

• Architektur: Geräte bilden ein selbstheilendes Mesh-Netzwerk und kommunizieren über IEEE 802.15.4-Funk.
• Sicherheit: AES-128-Verschlüsselung und Netzwerkmanagementprotokolle gewährleisten eine sichere Datenübertragung.

Vorteile

• Eliminiert die Verkabelung in gefährlichen oder abgelegenen Bereichen
• Interoperabel mit bestehenden HART-Systemen
• Bewährt in Prozessindustrien wie Öl & Gas und Chemieanlagen

Einschränkungen

• Begrenzte Reichweite und Skalierbarkeit
• Höherer Stromverbrauch im Vergleich zu LPWAN-Technologien

LoRa: Geringe Leistung, große Reichweite

LoRa (Long Range) ist eine Modulationstechnik, die in LPWAN (Low Power Wide Area Network)-Systemen verwendet wird und sich ideal für die Übertragung kleiner Datenpakete über große Entfernungen eignet.

• Funktionsweise: LoRa verwendet Chirp-Spread-Spectrum-Modulation, um eine Kommunikation über große Entfernungen bei minimalem Stromverbrauch zu erreichen.
• Netzwerkarchitektur: Geräte kommunizieren mit Gateways, die Daten über Backhaul-Netzwerke an Cloud-Server weiterleiten.

Vorteile

• Ultra-geringer Stromverbrauch
• Reichweite bis zu 15 km in ländlichen Gebieten
• Ideal für batteriebetriebene Sensoren

Einschränkungen

• Begrenzte Datenrate (nicht geeignet für hochfrequente Abtastung)
• Benötigt private oder gemeinsam genutzte Gateway-Infrastruktur

NB-IoT: Konnektivität in Mobilfunkqualität für Sensoren

Narrowband IoT (NB-IoT) ist eine zellbasierte LPWAN-Technologie, die von 3GPP standardisiert wurde.

• Funktionsweise: NB-IoT arbeitet innerhalb des lizenzierten LTE-Spektrums und bietet sichere und zuverlässige Konnektivität.
• Integration: Geräte verbinden sich direkt mit Telekommunikationsnetzen – keine privaten Gateways erforderlich.

Vorteile

• Breite Abdeckung unter Verwendung der bestehenden zellularen Infrastruktur
• Starke Sicherheit und QoS (Quality of Service)
• Ideal für urbane Einsätze und tiefe Innenraumdurchdringung

Einschränkungen

• Höherer Stromverbrauch als LoRa
• Abonnementkosten und Abhängigkeit von Telekommunikationsanbietern

Strategischer Vergleich

Drahtlos als Philosophie: Vom Signal zum Einblick

Drahtlose Übertragung ist mehr als ein technisches Upgrade – es ist eine Veränderung der Denkweise. Sie verwandelt Messungen von isolierten Datenpunkten in ein lebendiges Netzwerk von Erkenntnissen. HART gab uns eine Stimme. WirelessHART gab uns Bewegung. LoRa und NB-IoT geben uns Reichweite. In dieser Entwicklung sehen wir nicht nur bessere Sensoren – sondern intelligentere Systeme, agilere Entscheidungen und eine Zukunft, in der Daten so frei fließen wie Gedanken.