WLAN oder Wi-Fi^® ist seit mehr als zwei Jahrzehnten die vorherrschende Technologie für drahtlose Netzwerke. Im Laufe der Jahre hat es sich erheblich weiterentwickelt und bietet nun schnellere Geschwindigkeiten und größere Reichweiten. Wi-Fi ist eine hervorragende Wahl für Applikationen mit hoher Bandbreite, z. B.  Videostreaming, da es große Datenmengen schnell bewältigen kann.

Aufgrund der wachsenden Bedeutung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) und des Smart Home nahm der Stellenwert von Wi-Fi weiter zu. Drahtlose Technologien sind jedoch stets mit gewissen Nachteilen verbunden: Das vorrangig für hohen Durchsatz ausgelegte Wi-Fi verbraucht sehr viel Energie, was seiner Verwendung auf stromsparenden bzw. batteriebetriebenen Geräten in Smart Homes und IoT-Ökosystemen Grenzen setzt. Diese Einschränkungen werden aber durch die Einführung des Wi-Fi 6-Standards sowie der Interoperabilität mit dem Matter bzw. Thread gemildert.

Wi-Fi 6

Glücklicherweise verfügt der Wi-Fi 6-Standard über verbesserte Betriebsbedingungen aufgrund einer integrierten Energiespartechnologie, die es Designern ermöglicht, den Durchsatz zugunsten einer längeren Batterielebensdauer geringfügig zu drosseln. Durch die Verwendung einer als orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA) bezeichneten Modulationstechnik mit mehreren Trägern lassen sich alle 20-MHz-Kanäle des Wi-Fi 6-Standards in Hunderte Unterkanäle unterteilen, wodurch sehr viel mehr Geräte gleichzeitig unterstützt werden können. Dank dieser Verbesserungen ist Wi-Fi 6 eine ausgezeichnete Wahl für Smart Home-Geräte wie Überwachungskameras, intelligente Thermostate oder smarte Lautsprecher.

Matter

Darüber hinaus spielt Wi-Fi eine grundlegende Rolle für den neuen Standard Matter, der für die Interoperabilität von Smart Home-Ökosystemen sorgen soll. Matter umfasst Thread für energiesparende, drahtlose Konnektivität und verwendet Wi-Fi sobald ein höherer Durchsatz benötigt wird und dementsprechend mehr Energie verfügbar ist. Matter enthält zudem den Ethernet-gebundenen Standard sowie Bluetooth^® Low Energy für die Inbetriebnahme. Gemeinsam mit den anderen für Matter verwendeten Protokollen unterstützt Wi-Fi das Internet Protocol (IP), bei dem es sich im Wesentlichen um einen Netzwerkschicht-Kommunikationsstandard handelt, um Daten schnell durch das Internet zu schleusen. Diese Interoperabilität mit IP sorgt dafür, dass alle möglichen Smart Home-Produkte sehr einfach mit der Cloud verbunden werden können, was zu äußerst leistungsfähigen und flexiblen Smart Home-Applikationen führt.

Dass Apple, Amazon, Google, Nordic, Samsung und Hunderte andere Marken sich hinter Matter stellen, bringt Struktur in den zuvor fragmentierten Smart Home-Sektor. Kunden wird es dadurch möglich sein, smarte Geräte eines beliebigen Herstellers zu kaufen, und diese dann problemlos in ihr Smart Home-Ökosystem zu integrieren. Das kommt den wichtigsten Herstellern natürlich entgegen, denen daran gelegen ist, ihren Kunden Smart Home-Dienste mit Mehrwert zu bieten und ihren Umsatz aus Geräteverkäufen zu steigern. Laut Vantage Market Research¹ soll der Smart Home-Sektor, dessen Wert im Jahr 2020 noch 75 Milliarden US-Dollar betrug, bis 2028 um das Fünfeinhalbfache wachsen und Verkaufserlöse von über 420 Milliarden US-Dollar pro Jahr erzielen. Als Teil dieses Marktes soll allein der Absatz Wi-Fi-basierter Smart Home-Geräte zwischen 2021 und 2025 jährlich um durchschnittlich 21 Prozent zunehmen.

Thread

Thread ist ein relativ junges, speziell für das IoT entworfenes Protokoll. Dabei handelt es sich um ein IP-basiertes und für energiesparende Geräte optimiertes Protokoll, das sich hervorragend für batteriebetriebene Smart Home-Geräte eignet. Es wurde darüber hinaus für höchstmögliche Zuverlässigkeit und Sicherheit entwickelt, wodurch es vor allem für Applikationen infrage kommt, bei denen Sicherheit im Vordergrund steht.

Wi-Fi und Thread sind unterschiedliche Technologien, die nicht miteinander konkurrieren. Tatsächlich können sie gemeinsam verwendet werden, um robuste IP-Netzwerke zu ermöglichen. Beispielsweise könnte Wi-Fi dafür verwendet werden, Geräte mit hoher Bandbreite wie smarte Fernseher und Streaming-Geräte zu verbinden, während Thread bei energiesparenden Geräten wie smarten Thermostaten oder Sensoren zum Einsatz kommen könnte, worauf seine Verwendung mit dem Matter-Standard schließen lässt.

Einer der Vorteile der gemeinsamen Nutzung von Wi-Fi und Thread besteht in der größeren Flexibilität von IoT-Systemdesigns. Beispielsweise könnte sich Wi-Fi eher für solche Geräte eignen, die einen Hochgeschwindigkeitsanschluss benötigen, während Thread besser für Geräte geeignet wäre, die eine energiesparende Betriebsweise notwendig machen. Durch die Verwendung beider Technologien können Designer ihre Systeme passgenau auf die spezifischen Anforderungen jedes beliebigen Geräts zuschneiden.

Ein weiterer Vorteil der gemeinsamen Nutzung von Wi-Fi und Thread besteht in der erhöhten Zuverlässigkeit von Netzwerken. Wi-Fi ist sehr anfällig für Interferenzen; durch die Verwendung von Thread bei energiesparenden Geräten können Designer das Interferenzrisiko verringern und betriebssicherere Netzwerke entwickeln.

Sowohl Wi-Fi als auch Thread sind hervorragende Optionen für die Entwicklung von IP-Netzwerken für das IoT. Das anhaltende Wachstum des IoT wird zweifelsfrei mehr Protokolle und Technologien nach sich ziehen, die sich den einzigartigen, mit der Erstellung von IP-Netzweren für smarte Geräte verbundenen Herausforderungen stellen werden.

Nordic-Produkte unterstützen Designer

Nordic Semiconductor erleichtert es Entwicklern, Innovationen bei energiesparenden IoT-Applikationen umzusetzen, und mithilfe des neuen nRF7002 Wi-Fi 6 Begleit-IC und seines dazugehörigen Development Kit (DK) Nutzen aus der immer größeren Bedeutung von Wi-Fi für Smart Homes zu ziehen. Bei dem IC handelt es sich um ein energiesparendes Wi-Fi 6-Bauelement, das nahtlose Dualband-Konnektivität (2,4 GHz und 5 GHz) gewährleistet. Darüber hinaus bietet der nRF7002 hervorragende Koexistenz mit Bluetooth Low Energy, Thread und ZigBee und unterstützt das energiesparende Feature Target Wake Time (TWT) des Wi-Fi 6-Standards. Dank des nRF5340 SoC Host-Prozessors sorgt das DK dafür, dass Entwicklern ein problemloser Einstieg in die nRF7002-basierte Entwicklung gelingt. Der nRF5340 Multiprotokoll-SoC unterstützt Thread und Bluetooth Low Energy und eignet sich dadurch für Entwicklungen in Verbindung mit sämtlichen drahtlosen Technologien des Matter-Standards.

Fazit

Da Smart Homes immer populärer und alltäglicher werden, müssen Geräte notwendigerweise nahtlos zusammenarbeiten. Die Interoperabilität von Wi-Fi mit IP und die Unterstützung von Matter werden eine wesentliche Rolle für seinen Erfolg spielen. Durch die Nutzung der stromsparenden Funktionen von Wi-Fi 6 und Thread und der Interoperabilität von Matter können Smart-Home-Geräte leistungsstark, flexibel und energieeffizient sein.

Quelle

• 1. „Smart Home Market Size, Share & Trends Analysis Forecast Report by 2030,“ aufgerufen am 24. Juli 2023, https://sites.google.com/view/vantagemaretresearch/home/blog/smart-home-market.