Neuartige Architektur steigert effiziente Nutzung von Energie und Frequenzspektrum für drahtlose Kommunikation im Internet der Dinge
Das explosive Wachstum des Internets der Dinge fördert die Verbesserung von industriellen Prozessen, des Energie- und Stadtmanagements, des Verkehrs und des Gesundheitswesens. Zu verdanken ist das der Sammlung, Analyse und der Nutzung massiver physischer Daten. Das Ansammeln derartiger Daten hängt jedoch von den drahtlosen Verbindungen von Milliarden kostengünstigen batteriebetriebenen Sensoren ab. Die Größenordnung, in der diese gewaltige Erhebung von Daten geplant ist, wird jedoch durch die begrenzte effiziente Nutzung des Energie- und Frequenzspektrums der heutigen drahtlosen IoT-Kommunikationslösungen in Frage gestellt. Das EU-finanzierte Projekt HEASIT „befasste sich mit der Entwicklung und Kommerzialisierung von GreenOFDM, einer bahnbrechenden Innovation, die hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten bei hoher Energieeffizienz in drahtlose Niedrigenergie-Weitverkehrsnetze für das IoT bringen wird“, sagt Loic Lietar, Projektkoordinator und CEO von GreenWaves Technologies, dem Start-up-Unternehmen, das hinter dem Projekt steht. „Es hatte zum Ziel, ein Modem in Form einer integrierten Schaltung zu definieren, zu entwickeln und auf den Markt zu bringen, das das Herzstück von Niedrigenergienetzen mit hohen Datenraten bilden wird.“ Insgesamt war die Bereitstellung einer integrierten Schaltung das Ziel, in die ein bahnbrechender, patentierter Algorithmus eingebettet ist. Einzigartiger Prozessor „Interessanterweise stellte sich heraus, dass die von uns für diese Implementierung übernommene und entwickelte Architektur in einem angrenzenden Markt mehr Wert hat. Dabei geht es um die Analyse, meist in Form von künstlicher Intelligenz, von Bild, Ton und Bewegung bei extrem geringer Leistung“, erläutert Lietar. „Das Ergebnis von HEASIT ist GAP8, ein auf dem Markt einzigartig positionierter Prozessor mit einer Energieeffizienz, die zwanzigmal besser als alles andere auf dem Markt Erhältliche ist.“ Die Fachleute sind sich in einer Frage einig. Und zwar, dass die Zahl der verbundenen Objekte in den kommenden Jahren explodieren wird. IoT-Dienste erfordern in immer stärkerem Maße drahtlose Konnektivität, die Datenübertragungsgeschwindigkeiten im MBit/s-Bereich sowie Kilometerreichweiten, jahrelange Autonomie und niedrige Kosten gewährleistet. Ausgehend vom GreenOFDM-Algorithmus entwickelte einer der Projektpartner eine vollständig programmierbare Lösung in Form eines Multikernprozessors mit einzigartiger Energieeffizienz. Die Architektur baute auf zwei erstklassigen quelloffenen Projekten (RISC-V und PULP) auf, die einen äußerst neuartigen Ansatz in der Halbleiterindustrie verfolgen. Man kombinierte auf Systemebene eine Emulation von GreenOFDM mit dem quelloffenen Protokollstack-Weitverkehrsnetz, um erfolgreichen Punkt-zu-Punkt-Funkverkehr zu realisieren. Signifikante Kosteneinsparungen Die Strategie von HEASIT bestand darin, den Niedrigenergie-Weitverkehrsnetzen GreenOFDM, eine Funkschnittstelle mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit, anzubieten. GreenOFDM hat einen beträchtlichen Kostenvorteil und mehr Autonomie als ein lokales Funknetz (WLAN) und langfristige LTE-Alternativen zu bieten. Außerdem werden existierende Netzwerkarchitekturen und -funktionalitäten von Niedrigenergie-Weitverkehrsnetzen beibehalten, was weder WLAN noch langfristige LTE-Alternativen leisten. „Die HEASIT-Innovation reduziert die Kosten für den Einsatz und Betrieb von Sensoren im Feld auf drastische Weise“, ergänzt der Koordinator. „Infolgedessen wird eine viel größere Anzahl dieser Sensoren einsetzbar und im Endeffekt das Spektrum der IoT-Anwendungsfälle erheblich erweitert.“ Der erste Kunde verfügte im Juli 2018 über einen funktionierenden Prototyp. „Wir haben mit unserem GAP8-Prozessor mehr als 100 Entwicklungskits an Kaufinteressenten verkauft und sind nun auf dem besten Wege, um im ersten Quartal 2019 in die Massenproduktion zu gehen“, erklärt Lietar abschließend.
Schlüsselbegriffe
HEASIT, IoT, GreenOFDM, Sensoren, Prozessor, effiziente Frequenznutzung, Internet der Dinge, Energieeffizienz, Weitverkehrsnetz, integrierte Schaltung
