Definition Was ist Wi-SUN?

Wireless Smart Ubiquitous Network (Wi-SUN) ist eine auf dem IEEE-Standard 802.15.4g basierende Technologie zur energieeffizienten, drahtlosen Vernetzung smarter Endgeräte. Sie bietet integrierte Sicherheitsmechanismen, nutzt lizenzfreie Funkfrequenzen im Sub-GHz- und 2,4-GHz-Bereich und vernetzt die Geräte in einer widerstandsfähigen, selbstheilenden Mesh-Struktur. Typische Einsatzbereiche für Wi-SUN sind die Smart City, Smart Grids und IoT-Anwendungen.

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Das Akronym Wi-SUN steht für Wireless Smart Ubiquitous Network. Es handelt sich um eine auf dem Standard IEEE 802.15.4g basierende Technologie, mit der sich smarte Endgeräte drahtlos, mit hoher Energieeffizienz vernetzen lassen.

In einem Wireless Smart Ubiquitous Network sind die Geräte über eine robuste, selbstheilende Mesh-Struktur miteinander vernetzt. Die Technologie nutzt IPv6 und bietet zahlreiche integrierte Sicherheitsmechanismen. Als Funkfrequenzen kommen lizenzfreie Funkbänder im Sub-GHz- und im 2,4-GHz-Bereich zum Einsatz. Mithilfe von Wi-SUN lassen sich große Outdoor-Netze mit vielen Endgeräten realisieren.

Die maximalen Datenraten reichen von einigen hundert Kilobit pro Sekunde bis in den Bereich von wenigen Megabit pro Sekunde. Batteriebetriebene Endgeräte erreichen aufgrund des geringeren Leistungsbedarfs im Vergleich zu herkömmlichen WLAN-Technologien Betriebszeiten von mehreren Jahren. Typische Einsatzmöglichkeiten für Wireless Smart Ubiquitous Network sind Smart Grids, IoT-Anwendungen und die Smart City.

Vorangetrieben wird Wireless Smart Ubiquitous Network von der im Jahr 2012 gegründeten Wi-SUN Alliance. Sie leistet für den IEEE-Standard 802.15.4g Vergleichbares wie die Wi-Fi Alliance für den Standard IEEE 802.11 (WLAN). Der Non-Profit-Organisation gehören mittlerweile über 300 Mitglieder an. Dazu zählen Hersteller von Netzwerk- und IoT-Produkten, Technologieunternehmen, Regierungsinstitutionen, Bildungseinrichtungen und Versorgungsunternehmen. Die Organisation bietet ein Zertifizierungsprogramm für Produkte und hat die Zielsetzung, ein offenes und interoperables Ökosystem zu schaffen.

Mittlerweile sind über 100 Millionen Geräte mit der Wi-SUN-Technik wie Smartmeter oder smarte Straßenbeleuchtungen weltweit im Einsatz. Wi-SUN steht in Konkurrenz mit weiteren auf Mobilfunknetzen oder anderen Funktechniken basierenden LPWAN-Technologien wie LoRaWAN, NB-IoT oder Sigfox. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu anderen LPWAN-Technologien ist die Bildung einer vermaschten Netzwerkstruktur ohne die Notwendigkeit von Basisstationen.

Funktionsweise und technische Merkmale von Wireless Smart Ubiquitous Network

Wireless Smart Ubiquitous Network basiert auf IEEE 802.15.4g und IPv6. Physischer Layer und MAC-Layer sind für eine energieeffiziente Übertragung mit geringer Leistungsaufnahme optimiert. Der Energiebedarf liegt beim Senden bei wenigen Milliampere und im Ruhezustand bei wenigen Mikroampere.

Im Gegensatz zu anderen LPWAN-Standards sind die Endgeräte nicht über eine Sternstruktur vernetzt. Sie sind untereinander verbunden und bilden ein vermaschtes Netzwerk. Daten werden von Knoten zu Knoten weitergereicht. Das Netzwerk ist nicht von zentralisierten Accesspoints (Basisstationen) abhängig. Im Mesh existieren zahlreiche alternative Verbindungswege, wodurch sich das Netzwerk gegenüber Ausfällen einzelner Knoten sehr widerstandsfähig verhält. Maximal sind Datenraten von 300 kbit/s im FSK-Mode und 2,4 Mbit/s im OFDM-Mode erreichbar. Die verwendeten lizenzfreien Funkbänder sind das 868-MHz-Band in Europa, das 915-MHz-Band in den USA und das 2,4-Ghz-Band weltweit. Einzelne Verbindungen können Entfernungen bis vier Kilometer überbrücken. Die Latenz bewegt sich im Bereich von 20 Millisekunden.

Ein besonderes Merkmal von Wireless Smart Ubiquitous Network ist die Integration zahlreicher Sicherheitsfunktionen, mit denen sich hohe Anforderungen an die Cybersicherheit umsetzen lassen. Dazu zählen die Integration der Public-Key-Infrastruktur (PKI), zertifikatbasierte Authentifizierung, Datenverschlüsselung, sichere Schlüsselverwaltung und Netzwerkisolierung. Jedes Wi-SUN-Gerät hat ein einzigartiges, von einer Zertifizierungsstelle unterzeichnetes Zertifikat. Die Verschlüsselung auf Netzwerkebene ist mit IPSec (Internet Protocol Security) realisiert. Darüber hinaus sind Over-the-Air-Upgrades für Endgeräte möglich.

Anwendungen für Wireless Smart Ubiquitous Network

Wireless Smart Ubiquitous Network bietet aufgrund der selbstheilenden Mesh-Netzwerkstruktur, der hohen Energieeffizienz, der niedrigen Latenzzeiten und den großen maximal möglichen Datenraten eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten. Mithilfe des Standards lassen sich intelligente Zähler (Smartmeter) vernetzen, Smart Grids realisieren oder intelligente Straßenbeleuchtungen und andere smarte Geräte in eine Smart-City-Lösung einbinden. Weitere Einsatzbereiche sind verschiedene Applikationen des Internets der Dinge (IoT).

Vorteile von Wireless Smart Ubiquitous Network

Wireless Smart Ubiquitous Network bietet viele Vorteile wie:

• offene, auf IEEE 802.15.4g basierende Technologie

• interoperables Ökosystem

• energieeffiziente, drahtlose Vernetzung

• einfaches Hinzufügen neuer Knoten - leicht skalierbar und für die Vernetzung vieler Endgeräte geeignet

• hoher Sicherheitsstandard realisierbar

• selbstheilende, gegen Störungen unempfindliche, vermaschte Netzwerke

• hohe Flexibilität und Ausfallsicherheit der Verbindungen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen

• Nutzung lizenzfreier Funkfrequenzen

• hohe Datenrate bis in den Mbit/s-Bereich möglich

• niedrige Latenzzeiten

• Zertifizierungsmöglichkeit der Produkte

• kostengünstige Technik

• weltweit einsetzbar

• aktiv von der Wi-SUN Alliance vorangetriebene Technologie

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