Schnelle Reaktionsfähigkeit und Flexibilität sind Schlüsselelemente für moderne und effiziente IoT-Netzwerke. Je nach Infrastrukturgegebenheiten und der Netzabdeckung reicht eine Technologie nicht aus, um ein IoT-Netzwerk effizient zu betreiben. Eine andere Lösung muss also her! Innerhalb eines Multi-Stacks werden mehrere Kommunikationstechnologien für die drahtlose Datenübertragung kombiniert. So können passend für den Use Case die Stacks gewählt werden. Einmal eingerichtet können die verschiedenen Protokolle während des laufenden Bertriebs individuell angesteuert werden. 

ARCHITEKTUR UND CHIP-DESIGN 

Ein Multi-Stack unterscheidet sich im Hinblick auf die Architektur nicht wesentlich von einem Single Stack. Wie der Name schon sagt, können jedoch mehrere Protokolle parallel betrieben  werden. Je nach Technologien werden die Daten über zuvor definierte Parameter uni- oder bidirektional gesendet und empfangen.  

Die Integration eines Multi-Stacks kann sowohl über ein One-Chip- als auch über ein Two-Chip-Design erfolgen. Alle Stacks von STACKFORCE – nicht nur Multi-Stacks, sondern auch Single Stacks – sind in diesem Punkt flexibel und können an die individuellen Bedürfnisse angepasst werden. Richtet man den Blick auf den anhaltenden Chipmangel kann es ein entscheidender Vorteil sein, einen Stack per One-Chip-Design zu integrieren. So werden mit dem Einsatz von nur einem Controller wertvolle Ressourcen eingespart. Einzig mit dem Thema Speicherkapazität sollte sich vorab auseinandergesetzt werden. Durch die Nutzung mehrerer Protokolle innerhalb eines Multi-Stacks, benötigt der Chip insgesamt etwas mehr Speicherplatz.

HÖCHSTE FLEXIBILITÄT MIT EINER GUT DURCHDACHTEN API

Bei der Entwicklung unserer Multi-Stacks konzentrieren wir uns auf die gängigen Protokolle LoRaWAN®, mioty®, Sigfox und wM-Bus. Die innerhalb eines Multi-Stacks verfügbaren Protokolle können nicht nur individuell angesteuert werden, ebenso wird der Betrieb als Stand-Alone-Stack unterstützt. Folgende Kombinationen eines Multi-Stacks sind grundsätzlich möglich:     

Die Multi-Stacks unterstützen durch eine gut designte API (Application Programming Interface) den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Protokolle auf einer MCU, sowie ein nahtloses Umschalten zwischen den Stacks, um zu jeder Zeit maximale Flexibilität für den Anwender zu gewährleisten. Grundsätzlich werden die Multi-Stacks mit vordefinierten Parametern ausgeliefert, jedoch bleibt es dem Anwender überlassen, welche Strategie des Umschaltens zwischen den Stacks genutzt wird. Dadurch kann für jeden möglichen Zustand eines Systems eine benutzerdefinierte Protokollpriorität festgelegt, ein Stack verwaltet und die Latenzzeit minimiert werden.

Auf Anwendungsebene bedeutet das, dass ein bestimmter Netzwerkstatus beibehalten, auch wenn zwischenzeitlich mit einem anderen Netzwerk kommuniziert wird. Die Strategie des Umschaltens zwischen den Stacks obliegt zwar dem Anwender, jedoch ist es möglich, dass der Stack eine Anfrage zum Umschalten auf einen anderen Stack ablehnt, wenn eine protokollspezifische Kommunikationssequenz läuft, die nicht unterbrochen werden darf. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine bidirektionale LoRaWAN®-Kommunikation läuft und der Stack eine Antwort vom Netzwerkserver erwartet oder ähnliches.

Ist bereits ein STACKFORCE Single Stack im Einsatz, der durch einen Multi-Stack abgelöst werden soll, ist die Umstellung denkbar einfach und zieht für den zuvor genutzten Single Stack kaum neue Programmierung nach sich. Die Single-Stack-Bibliothek wird lediglich durch die Multi-Stack-Bibliothek ersetzt und die Applikation um die Ansteuerung des neu hinzugefügten Stacks erweitert. Durch die intelligente Multi-Stack-API, die übergreifend für die einzelnen Stacks funktioniert und ein konstantes „look-and-feel“ bietet, können alle Einstellungen des zuvor genutzten Single Stacks in den Multi-Stack-Betrieb übernommen werden. Lediglich der Stack, der neu hinzukommt, muss den eigenen Bedürfnissen entsprechend konfiguriert werden. 

Im Umkehrschluss bedeutet die Flexibilität über die STACKFORCE API, dass ein (temporär) nicht genutzter Stack eines Multi-Stacks problemlos vom Chip entfernt und das Gerät dadurch optimiert werden kann.   

WARUM VERSCHIEDENE FUNKPROTOKOLLE IN EINEM STACK KOMBINIEREN?

Kurz und knapp zusammengefasst: 

• bessere Netzabdeckung
• mehr Fähigkeiten
• höhere Effizienz!

Die Vorteile der Nutzung eines Multi-Stacks liegen klar auf der Hand. Nicht an jedem Einsatzort ist jedes Funknetzwerk verfügbar. Um die bestmögliche Netzabdeckung zu erzielen, muss bei vielen Geräten, die mit moderner Funktechnologie ausgestattet werden sollen, ein großer Aufwand betrieben werden, um zu bestimmen, welches Gerät mit welcher Technologie ausgestattet wird. Mit dem Multi-Stack entscheidet man sich für maximale Flexibilität, da individuell während der Laufzeit zwischen den zur Verfügung stehenden Technologien ausgewählt werden kann. Die Netzabdeckung wird insgesamt erhöht und es können mehrere Use Cases mit nur einem Gerät bedient werden. 

Anwendungsfall: Smart Metering

Schauen wir in den Anwendungsfall Smart Metering. Hier führt der Einsatz eines Multi-Stacks beispielsweise zur effizienteren Planung des Personals. Für das Auslesen von Geräten via "Walk-By" oder "Drive-By" ist Wireless M-Bus die geeignetste Technologie. Hierbei werden die Daten regelmäßig in kurzen Abständen gesendet und können beim Vorbeilaufen/-fahren ausgelesen werden. Wird anstelle eines Wireless M-Bus Single Stacks ein Multi-Stack eingesetzt, der zusätzlich mit einer LPWAN-Technologie wie LoRaWAN® oder mioty® ausgestattet ist, erfolgt das Senden der Daten per Fernübertragung via LPWAN. Damit wird eine deutlich höhere Reichweite generiert und die Daten werden ohne Personalaufwand digital übertragen. 

Anwendungsfall: kombinierter Betrieb – stationär und mobil

Wird für einen Use Case das Auslesen von Geräten sowohl im stationären als auch im mobilen Betrieb benötigt, bringt der Einsatz eines Multi-Stacks mit den Technologien mioty®/LoRaWAN® und Sigfox einen entscheidenden Vorteil. Schauen wir uns dazu das Beispiel einer Brauerei an. Diese überwacht die einzelnen Bierfässer über Sensoren. Befindet sich das Bierfass an einem Standort der Brauerei, werden Daten zu Temperatur, Luftdruck, Erschütterungen, usw. gesammelt und via LoRaWAN® an das eigene mioty®/LoRaWAN®-Netzwerk übertragen. Verlässt das Bierfass das Brauereigelände für einen Standortwechsel, kann im mobilen Betrieb auf das öffentliche Sigfox-Netzwerk zugegriffen werden, um per Sigfox Standortdaten zu übertragen. So hat die Brauerei immer im Blick, wo sich einzelne Bierfässer befinden. Sobald ein Bierfass wieder auf einem Betriebsgelände der Brauerei ankommt, werden alle ausführlichen Sensordaten via LoRaWAN® ausgelesen und über das mioty®/LoRaWAN®-Netzwerk versendet.

IST EIN MULTI-STACK IMMER EMPFEHLENSWERT? 

Nichts steht so sehr im Wandel wie die Digitalisierung. Um zukunftssicher zu planen und um die nötige Flexibilität zu gewährleisten, ist es empfehlenswert, sich direkt für einen Multi-Stack zu entscheiden. Man entscheidet sich insgesamt für die bessere Netzabdeckung und die Summe der Vorteile der einzelnen Technologien! Wird allerdings Wert auf eine sehr kleine Anwendung gelegt, die einen geringen Speicherplatzbedarf mit sich bringt, muss im Einzelfall geprüft werden, ob ein Multi-Stack dafür die richtige Option ist. Wir beraten Sie gerne zu Ihrem persönlichen Use Case.