Wireless

Die drahtlose Datenübertragung ist eines der beliebtesten Verfahren zur Übermittlung von Daten (Stichwort „Konnektivität“) zwischen zwei oder mehr Geräten. Bei dieser Technologie werden Daten per Funk über elektromagnetische Wellen, wie z. B. Radiofrequenzen, Infrarot und Satellit, anstatt über Kabel und Leitungen übertragen.


Die drahtlose Datenübertragung nutzt bestimmte Frequenzen im elektromagnetischen Spektrum im Bereich von 3 Hz bis 3.000 GHz (3 THz), auch Radiowellen genannt. Die Technologie kommt in zahlreichen Computer- und Kommunikationsanwendungen zum Einsatz. Dazu gehören neben Mobilfunkgeräten der dritten/vierten Generation (3G/4G), Breitbandanschlüssen, WLAN-Netzwerken im Innenbereich und Car2Car-Systemen (C2C) auch Sensor- und Radiofrequenz-Identifikationsanwendungen (RFID) sowie Richt-, Flug-, See- und weitere kommerzielle und private Funkdienste.


Aufgrund der dynamischen Anforderungen, die drahtlose Übertragungsverfahren stellen, wurden weltweit verschiedene Verfahren und Standards entwickelt. Sie basieren auf unterschiedlichen kommerziell ausgerichteten Anforderungen, wie z. B. spezifischen Anwendungsbereichen und Übertragungsreichweiten. Diese Technologien lassen sich in vier grobe Kategorien einteilen: Wireless Personal Area Network (WPAN), Wireless Local Area Network (WLAN), Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) und Wireless Wide Area Network (WWAN). Wie bereits aus den Bezeichnungen hervorgeht, wurden die Eigenschaften dieser Lösungen in Bezug auf Reichweite und Übertragungsrate für die persönliche, lokale, regionale oder weltweite Abdeckung und Nutzung optimiert.


Die Reichweite eines Wireless PAN beträgt in der Regel wenige Meter. WPANs können für die Kommunikation zwischen den Geräten innerhalb eines „persönlichen Bereichs“ oder für die Verbindung mit einem übergeordneten Netzwerk und dem Internet eingesetzt werden. Ein Wireless LAN verbindet zwei oder mehr Computer drahtlos miteinander. Dafür werden auf Radiowellen basierte Spreizspektrumverfahren verwendet, um die Datenübertragung zwischen mehreren Geräten zu ermöglichen. Der WLAN-Standard IEEE 802.11 ist der Überbegriff einer Normenfamilie drahtloser lokaler Netzwerke (WLAN). Der geschützte Begriff „WirelessMAN“ wurde von der IEEE 802.16 Working Group on Broadband Wireless Access Standards (einem Arbeitskreis des IEEE, der sich mit drahtlosen Zugangstechniken zu Breitbandnetzen beschäftigt) festgelegt. Er bezeichnet einen Standard für das Wireless Metropolitan Area Network, der auch unter dem Namen WiMAX bekannt ist und den Breitbandinternetzugang von stationären und mobilen Endgeräten über Antennen definiert. Das Wireless WAN ist ein Computernetzwerk mit einer größeren Reichweite. WANs (Wide Area Networks) werden verwendet, um lokale Netzwerke (LANs oder WLANs) miteinander zu verbinden, damit Benutzer und Computer an einem Standort mit Benutzern und Computern an anderen Standorten kommunizieren können. Unter WANs fallen auch mobile Datenkommunikationsdienste wie GPRS sowie Mobilfunkstandards wie GSM und 3G. Das größte und bekannteste Beispiel für ein WAN ist das Internet.


Die wichtigsten Standards und Anwendungen der Wireless-Technologie:


  • NFC (Point-to-Point) – Nahfeldkommunikation: Eine langsame Verbindung mit einem relativ einfachen Mechanismus, der das Bootstrapping von leistungsfähigeren Wireless-Verbindungen ermöglicht. NFC-Geräte werden in kontaktlosen Zahlungssystemen und für soziale Aktivitäten wie das Teilen von Kontakten, Fotos, Videos oder Dateien eingesetzt.
  • RFID (WPAN – IEEE 802.15) – Radiofrequenzidentifikation (RFID) ist eine kontaktlose, dedizierte Kurzstreckentechnologie, die mit Funkwellen im Radiofrequenzbereich Informationen liest und erfasst, die auf einem Produktetikett elektronisch gespeichert sind. Menschliches Eingreifen ist dabei nicht erforderlich.
  • Bluetooth (WPAN – IEEE 802.15.1) – Bluetooth nutzt WPAN-Technologie für den drahtlosen Datenaustausch über kurze Entfernungen. Bluetooth findet Anwendung in Mobiltelefonen, Kopfhörern, MP3-Playern, Computern, Radiorekordern, Laptops, Computermäusen, GPS-Geräten und Autoradios.
  • Zigbee (WPAN – IEEE 802.15.4) – Eine Spezifikation für drahtlose Ad-hoc-Netzwerke mit kurzer Reichweite und niedrigem Strombedarf/Datendurchsatz. Zigbee implementiert High-Level-Kommunikationsprotokolle für die Erstellung von Personal-Area-Netzwerken mit kleinen Digitalfunkgeräten mit niedriger Leistungsaufnahme. Die Technologie kommt beispielsweise in der Heimautomatisierung, in Sensoren, der Datenerfassung durch medizintechnische Geräte und anderen Anwendungen mit niedrigem Strombedarf zum Einsatz.
  • Z-Wave (WPAN) – Z-Wave ist eine Funkfrequenztechnologie, mit deren Hilfe intelligente Geräte Verbindungen herstellen und kommunizieren. Haushaltsgeräte (Lampen, Türschlösser, Thermostate) werden mit Z-Wave-Konnektivität zu intelligenten Geräten. Die Geräte können unkompliziert über das Smartphone aufgerufen und eingestellt werden. Die Technologie wird hauptsächlich in der Heim- und Gebäudeautomatisierung eingesetzt.
  • WiFi (WLAN – IEEE 802.11) – Über WLANs können Benutzer zum Beispiel in Hotels, Bibliotheken, Hochschulen, Universitäten, Campus-Anlagen, Privatinstituten und Cafés und sogar an öffentlichen Plätzen auf das Internet zugreifen. Ist im Haus/Gebäude ein WLAN eingerichtet, können sich mehrere Geräte (Computer, Telefone, Drucker usw.) daran anmelden.
  • LoRa (LPWAN) – LoRa (Long Range) ist ein quelloffenes LoRaWAN-Protokoll für sichere Verbindungen. Der Standard überträgt über hohe Reichweiten und benötigt wenig Strom. Die Übertragungsrate ist niedrig. Er ist vorgesehen für batteriebetriebene M2M-Geräte und IoT-Netzwerke. LoRa ist die weltweit am weitesten verbreitete Technologie für IoT-Netzwerke.
  • Sigfox (LPWAN) – Ähnlich wie LoRa, aber nicht quelloffen. Ein Funknetzwerk für den Anschluss von Geräten mit geringem Stromverbrauch über das Ultraschmalband. Wird besonders in batteriegespeisten IoT-Anwendungen eingesetzt.
  • Mobilfunk (WWAN – IEEE 802.16) – Ein Funknetz für Mobiltelefone. Durch die Mehrfachbelegung von Funkfrequenzen wird komplexe bidirektionale Kommunikation möglich. Das Mobilfunknetz setzt sich aus großflächig verteilten Funkzellen zusammen. Diese sind durch eine zentrale Schaltstelle miteinander verbunden und bilden so ein WWAN.

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