Zum Inhalt springen

EnOcean in »smarten« Zeiten:
Funksystem mal anders.

Bei anderen Funksystemen ist es üblich, Energiespeicher auszutauschen. Nicht bei EnOcean. Die Sensoren und Aktoren kommen ohne Batteriewechsel aus und müssen nicht in das vorhandene Stromnetz integriert werden. Für den Endverbraucher wird hierdurch die Wartung einfacher und der Betrieb umweltschonender. Die benötigte Energie wird mithilfe von fünf verschiedenen Methoden aus der Umwelt gewonnen. Dieses Verfahren nennt man Energie Harvesting und die Module werden von der EnOcean Alliance entwickelt und bereitgestellt.

 

Energiegewinnung EnOcean

Angefangen hat es mit dem Bewegungswandler von EnOcean. Durch die Bewegung, also den Druck einer Taste erzeugt das dahinter verborgene Harvesting Modul so viel Energie, um ein kurzes Telegramm an den Empfänger zu schicken. Als Beispiel kann hier ein Lichtschalter genannt werden.

Seit 2010 gibt es ein EnOcean Modul, das Solarenergie durch Licht in elektrische Energie umwandelt. Das Modul beinhaltet Dünnschichtsolarzellen, die ab einer Beleuchtungsstärke von 50 bis 500 Lux arbeiten. Durch die dauerhafte Versorgung, kommt eine bidirektionale Verbindung zustande und Telegramme können bei einer Wertänderung sowohl ausgesendet als auch empfangen werden. Die Geräte werden im Außen- und Innenbereich eines Gebäudes eingesetzt. Ein Raumthermostat z.B. sendet die momentane Raumtemperatur und die Solltemperatur an die Heizungs- Klimaanlage, die einen Status zurückschickt. 

Im Jahr 2012 erschließt EnOcean den Bereich Thermodynamik und die Temperatur in einem Raum kann als Stromquelle genutzt werden. Der Betrieb funktioniert schon bei kleinsten Temperaturunterschieden. Bei einer Differenz von 2K liegt an dem Modul eine Spannung von 20mV an. Diese reicht aus um eine bidirektionale Verbindung aufzubauen. Die Module werden z.B. in Raumthermostaten oder Fensterkontakten eingesetzt. 

Der Rotationswandler wird oft in bewegten Elementen eingesetzt, wie z.B. in Gas und Wasserzählern, und bezieht die Energie aus einer Rotation.

Zuletzt wurde die Vibrationsenergie berücksichtigt. Um die Vibration in Energie umwandeln zu können, wird eine gleichmäßige Vibration zwischen 20 und 200Hz benötigt. In gleichmäßig laufenden Industriemaschinen werden die Module z.B. eingesetzt. 

 

Kommunikation mit anderen Geräten

EnOcean Geräte können systemübergreifend eingesetzt werden. Ein Gebäude, das die Gebäudeleitechnik von BACnet oder KNX verwendet, kann Gateways nutzen, um auch funkbasierte Geräte von EnOcean im Netzwerk zu integrieren.

Die Netzwerktopologie von EnOcean ist die »Mesh«-Topologie – der sicherste Aufbau eines Netzwerkes. Es gibt zwei Arten: Ein vermaschtes Netz mit mehreren Knoten und ein »voll« vermaschtes Netz, in dem alle Geräte untereinander verbunden sind. 

Obwohl es das ausfallsicherste und leistungsfähigste Netz ist, liegt der Nachteil dieser Topologie im Energieverbrauch und dem komplexen Routing. Um das Routing zu vereinfachen, empfiehlt EnOcean folgendes: Repeater sollen in einem Gebäude nach maximal drei Wänden und einer Decke eingesetzt werden, damit die Funkreichweite erweitert wird. 

Damit sich der Energiebedarf des »Mesh«-Netzwerkes verringert, werden EnOcean Geräte künstlich in den Energiesparmodus versetzt und wachen nur bei einer Wertänderung auf. Sollte der Aktor im Standby sein oder die Nachricht nicht empfangen können, speichert der Repeater die Informationen. Sobald das Gerät »aufwacht«, wird die Nachricht verschickt. Für »funkfressende« Wände und Decken können auch mehrere Repeater eingesetzt werden, um eine optimale Abdeckung in dem Gebäude gewährleisten zu können. Der Repeater dient somit als Router und Datenspeicher.

 

Verknüpfung und Sicherheit

Geräte können sich untereinander nur unterhalten wenn sie miteinander gekoppelt sind. Damit die Kommunikation nach dem Koppeln sicher geschieht, beinhalten alle EnOcean Geräte einen 32-Bit langen Identifikationscode, den es nur einmal gibt. Es ist auch nicht möglich ein bestehendes Gerät eine neue ID zuzuweisen oder zu kopieren. Hierdurch wird gewährleistet, dass kein Dritter von außen mit einem Gerät derselben ID in das Netz gelangen kann. Diese Sicherheitsoption wurde durch zwei weitere erweitert, die standardmäßig deaktiviert sind, aber durch längeres Halten des Einlernknopfes aktiviert werden können. Als Basis dient ein 24-Bit langer Rolling Code (RC), welcher bei jedem Telegramm hochgezählt wird. Anhand des RC wird ein 32-Bit langer zahlenbasierter Authentifizierungscode (CMAC) berechnet. Der CMAC ist wiederum mit einem 128-bit-AES-Verschlüsselungsalgorithmus versehen. Eine weitere Sicherheitsmethode ist die Verschlüsselung der Datenpakete durch den Sender. In diesem Fall sind die Daten direkt mit einer 128-bit-AES-Verschlüsselungsalgorithmus versehen.

Im April dieses Jahres erschien das erweiterte Sicherheitspaket für Deutschland und Europa. Das Paket wurde von der EnOcean Alliance entwickelt und ist für Temperatursensor-Funkmodule, Magnetkontakt-Funkmodule und OEM-Fensterkontakte verfügbar.

 

 

Zukunft EnOcean

Die Entwicklung von Automationssystemen geht verstärkt in Richtung Funk. Es ist einfacher diese Systeme in vorhandenen Bauten zu integrieren und anstehende Umbaumaßnahmen durchzuführen. Der Anwender ist an keine örtlichen Gegebenheiten gebunden und die Energie wird der Umwelt entnommen. EnOcean ist noch längst nicht zu Ende gedacht, doch leider ist das System im Markt kaum vertreten. Wenige Gewerke sind bislang mit den Geräten ausgestattet. Da bei den meisten Wohn- und Bürogebäuden Funk und WLAN vorhanden sind, fehlt ein Modul, das Energie aus den Funkwellen in der Luft entnimmt. Wer weiß mit welchen Harvesting Methoden uns EnOcean noch überraschen wird…