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31.08.2009
Folge 183

WLAN vs. Powerline


Heinz Schmitz

Nicht nur Moderatoren im Urlaub verbringen Ihre Zeit damit, Zugänge zu finden und mit phantasievollen Lösungen drahtlos ins Internet zu kommen. Drahtlose Netzwerkverbindungen erfreuen sich zu Recht wachsender Beliebtheit. Wenn drahtloses surfen nicht möglich ist, biete sich Powerline (http://de.wikipedia.org/wiki/PowerLAN), Ethernet über das Stromnetz, als interessante Alternative an.

WLAN Router bilden die Verbindung zum drahtlosen Surfen im Internet, allerdings nicht überall. Schnell sind Sender und Empfänger zu weit auseinander. Dann verstehen sie sich nicht mehr. Sich direkt neben den Router zu setzen ist nicht im Sinne des Erfinders.  Problem beim WLAN ist das Wasser, nicht sosehr die Baustähle in Wänden und Decken. Es wird auf 2,4 GHz gesendet, der Resonanzfrequenz des Wassers. Je höher die Feuchtigkeit auf der Sendestecke ist, desto schlechter der Empfang, denn die Wassermoleküle werden durch das Sendesignal angeregt (wie in der Mikrowelle) und verschlucken dabei die Energie und damit die Daten – man könnte fast sagen, die Daten saufen ab.

Mit Netzwerkkabeln eine verdrahtete Infrastruktur zu schaffen bedeutet entweder fliegende Verdrahtung quer durch alle Räume mit den vorprogrammierten Stolperfallen. Eine professionelle Hausvernetzung scheitert meist am Preis, weil dazu aufwändige Bauarbeiten notwendig sind. Im Gegensatz zur hiesigen Bauweise sind in den USA die Häuser in der Regel aus Holz. Mit einer einfachen Säge kann man Kabel in der Wand verstecken. Bei uns stemmen Bauarbeiter Schlitze in die Wände um das Kabel zu verlegen.

Dabei ist der Aufwand eigentlich nicht notwendig. In allen Häusers existiert eine Verkabelung. Für die Versorgung mit elektrischer Energie, für Antennensignal fürs Telefon. Diese Kabel lassen sich mit der Powerline Technologie auch für Daten nutzen.

Der Strom wird bei uns mit 50 Hz übertragen, das heißt der kreuzt in der Sekunde 50-mal die Nulllinie. Die digitalen Internetsignale werden mit etwa 27 MHz, also dem millionenfachen, überlagert. Und das nicht mit 240 Volt, sondern mit wenigen tausendstel davon – deswegen ist die Reichweite auch begrenzt. Deswegen werden Lampen, Haushaltsgeräte, Fernseher und andere Stromverbraucher nicht beeinflusst.

Powerline Adapter (http://www.devolo.de/consumer/dlan-stromnetzwerk.html)
werden mit  Übertragungsraten von14 MBit/s, 85 MBit/s und 200 MBit/s angeboten. Die 14 MBit/s und 85 MBit/s sind kompatible zueinander, allerdings ist das Netz immer nur so schnell oder langsam, wie der langsamste Adapter. Diese Zahlen sind Bruttowerte. Fast die Hälfte geht für die Sicherung der Datenübertragung drauf. Das ist bei den Wireless LANs genauso. Die internationalen Homeplug Standards (http://de.wikipedia.org/wiki/Homeplug)  sorgen dafür, dass sich Adapter verschiedener Hersteller verstehen. An diesen Standard halten sich viele Hersteller, die sich in der HomePlug Powerline Alliance (http://www.homeplug.org/home) zusammengeschlossen haben. Darunter sind bekannte Namen wie Intel, Cisco, Allnet, Nec, Netgear und die Aachener develo AG. Die Produkte basieren meist auf Chipsätzen von Intellon (http://www.intellon.com/products/homeplugav/) .

Wenn aber mehrere Familien sich ein Stromnetz teilen, könnten die Daten ja ausgespäht werden. Deswegen werden, ähnlich wie beim WLAN, die Datenströme verschlüsselt. Damit bleiben die Daten Anderen verborgen, auch wenn Sie im gleichen  Stromkreis hängen. Damit sich zwei oder mehr Adapter verstehen, müssen sie die gleiche Verschlüsselung nutzen.

Es müssen nicht immer Stromleitungen sein, es gibt auch Lösungen für TV-Kabel, Telefonleitungen etc. Da benötigt man dann allerdings eine extra Energiequelle (http://www.devolo.de/business/coax-powerline-vernetzung-produkte-in-der-uebersicht.html?l=de).

Und wenn es dann doch WLAN sein soll, steckt man einen Powerline WLAN Konverter ein und nutzt die Vorteile beider Welten.


Überwachungsprogramme warnen vor Großunglücken


Von Peter Welchering

Katastrophen wie der gewaltige Erdrutsch in Nachterstedt sind prinzipiell vermeidbar. Zumindest kann rechtzeitig gewarnt werden. Besonders viel Hoffnung legen Forscher in sensorgestützte Überwachungsprogramme.

Gerade in Köln hätte man für den U-Bahnbau solche Sensoren gut gebrauchen können, denn der Einsturz des Stadtarchivs hätte damit vielleicht verhindert werden können.

In der Theorie ist es ganz einfach und im Labor funktioniert es bereits wunderbar: Straßen, Brücken, Häuser oder Tunnelsystem können mit Methoden des sogenannten "Structural Health Monitoring" in Echtzeit überwacht werden. Sensoren liefern dafür die notwendigen Daten, wie zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit, Längenänderungen und Dehnungen - oder kleinste Risse, Verformungen, direkte Sonneneinstrahlung und das Schwingungsverhalten von Pfeilern oder Wänden. Alle diese Daten werden von der Überwachungssoftware vor Ort ausgewertet und zu einer konkreten Zustandbeschreibung verdichtet.

Ein Pilotprojekt in Porto hat hier überraschende Ergebnisse geliefert, wie Professor Urs Meier von der Eidgenössischen Technischen Hochschule berichten kann:

"Eine neue Brücke in Porto, eine sehr weit gespannte Bogenbrücke, da hat man festgestellt, dass man Frequenzänderungen hat zu gewissen Zeiten und man war erstaunt, man konnte sich zunächst nicht erklären weshalb. Und nachher hat man das sehr genau untersucht mit zusätzlichen Sensoren, große Auflösung und hat festgestellt, dass das stehende Fahrzeuge auf der Brücke sind, die die Brücke dämpfen. Quasi ein semiaktives Dämpfungssystem wurde auf dieser Brücke aufgebaut durch den Stoßverkehr morgens um acht Uhr."

Statistische Methoden fließen hier genauso ein wie Algorithmen der Mustererkennung und der Wahrscheinlichkeitsberechnungen. Und das alles erfolgt in Echtzeit. Am Ende der ganzen Rechnerei steht ein genaues Lagebild des Objekts, das überwacht werden soll. Urs Meier beschreibt die Aufgabe dieser Überwachungssoftware gern als eine Art Ampelfunktion. Zeigt der Monitor grün, ist alles in Ordnung. Ist Gelb angezeigt, müssen die von den Sensoren gelieferten Daten genauer ausgewertet werden, um die Art der Gefahr erkennen und sofort handeln zu können. Rot auf dem Monitor verlangt die sofortige Evakuierung von Gebäuden, Straßenzügen oder ganzen Landstrichen. Urs Meier.

"Die Daten können beispielsweise Frequenzen sein, also das Frequenzspektrum einer Brücke. Und ein Fachmann kann über Veränderungen in diesem Frequenzspektrum sehr viel aussagen. Er kann sehen, es ist mit der Brücke etwas nicht mehr in Ordnung. Aber er braucht dazu natürlich viel Erfahrung und Information. Und diese Erfahrungen, diese Informationen müssen modelliert werden. Und so eingebaut werden, dass es zu rot, gelb, grün vollautomatisch kommt."

Genau diese Erfahrung des Bauingenieurs ist die Grundlage des Softwaremodells für die Überwachungsprogramme. Außerdem muss ein Modell der überwachten Objekte, also von Straßen, Brücken, von einem Tunnel oder von einem Hochhaus erstellt und kalibriert werden, also auf ein genaues Maß gebracht werden. Denn nur dann können schon kleinste Abweichungen im Frequenzspektrum als Zeichen ganz konkreter Störungen erkannt werden. Im Anfangsstadium lassen sich diese Störungen meist mit geringem Aufwand reparieren. Solch ein Überwachungssystem besteht aus vier Modulen: den Sensoren, die die Daten liefern, Prozessoren, die diese Daten bereits vor Ort verdichten, Mobilfunk- und faseroptische Systeme für den Datentransport und die Überwachungsrechner in einer Sicherheitszentrale oder beim zuständigen Ingenieur.

Auf der Zürcher Tagung über Structural Health Monitoring sind solche Komplettsysteme für die Bauwerksüberwachung vorgestellt worden. Urs Meier:

"Es gibt jetzt Firmen, und wir hatten heute erstmals eine solche Präsentation von einer der weltweit führenden Firmen in diesem Bereich, die offerieren komplette, wenn ich das neuenglische Wort brauchen darf, Packages, also komplette Angebote vom Sensor, über die Datenermittlung, über die Datenerfassung, bis hin schließlich zur Software mit der Auswertung, wo dann eben am Schluss wieder rot, gelb oder grün stehen würde. Es gibt solche Systeme heute schon."

Über eines waren sich denn auch die Teilnehmer der Zürcher Tagung einig. Wäre ein solches Überwachungssystem in Nachterstedt in Sachsen-Anhalt installiert gewesen, die Auswertesoftware hätte den Monitor wohl schon vor längerer Zeit auf Gelb geschaltet. Bei gelbem Monitor müssen die Ingenieure allerdings noch einmal in die Datenanalyse, um herauszubekommen, wo genau die Störung liegt.

Ähnliche Probleme werden auch beim JRC (Joint Research Center) in Ispra/Italien erforscht. Hier versucht man mit 20 parallel geschalteten Radarantennen die kleinsten Bewegungen des Untergrunds zu messen. Eine solche Versuchsanlage ist bereits im Krater des Vesuv stationiert, wo man jederzeit mit einem erneuten Ausbruch rechnen kann. Die Anlage soll hier im Vorfelde schon Warnungen erzeugen.




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