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PAN – das Netzwerk der Nähe Personal Area Network: Bluetooth, NFC, IoT und mehr

Ganz gleich, ob IT-Profi oder „nur“ Heimanwender: Ein Arbeiten mit Computern, Tablets oder gar Smartphones ist ohne Netzwerke nicht mehr denkbar. Neben den gängigen und allgemein bekannten Ausprägungen wie LAN/WLAN und auch WAN existiert zudem noch eine vielfältige Auswahl an Netzwerktechniken für den extremen Nahbereich: PAN – Personal Area Network.

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Für die Vernetzung in unmittelbarer Nähe: das Personal Area Network (PAN).
Für die Vernetzung in unmittelbarer Nähe: das Personal Area Network (PAN).
(Bild: © dizain - stock.adobe.com)

Geht es um die Unterscheidung der unterschiedlichen Netzwerktypen und -ausprägungen, kann genau das manchmal mit Problemen verbunden sein. So mag es noch leichtfallen, ein Wide Area Network (WAN) von einem Local Area Network (LAN) abzugrenzen. Wer aber den Blick auf das „nahe Umfeld“ der Geräte wirft, wird schnell Schwierigkeiten bekommen, die verschiedenen Netzwerkausprägungen sinnvoll gegeneinander abzugrenzen: Ist es noch NFC (Near Field Communication) oder schon ein Personal Area Network? Und welche Rolle spielt Bluetooth in diesem Zusammenhang?

Ein Blick auf die Definitionsversuche zum Begriff PAN im World Wide Web und die Informationen verschiedener Unternehmen zu diesem Thema zeigt zwar Unterschiede, aber doch auch einige Gemeinsamkeiten: Bei einem PAN handelt es sich in der Regel um ein Netzwerk zwischen den Geräten eines Nutzers im Umfeld von circa 10 Metern. Dabei kann die Verbindung sowohl via Kabel – dabei wird es sich in vielen Fällen um USB handeln – als auch mittels drahtloser Verbindung aufgebaut werden. Weitaus häufiger dürfte dabei die zweite Variante, also die drahtlose Verbindung zum Einsatz kommen. In diesen Fällen wird das Netz dann auch als WPAN, also als Wireless Personal Area Network bezeichnet.

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Protokolle: Bluetooth und Infrarot, aber auch Zigbee, Z-Wave und EnOcean

Die am häufigsten genutzte Übertragungstechnik für Anwendungen im Nahbereich dürfte Standard-WLAN/WiFi sein, auch wenn die Entwickler und Unternehmen diese Technik dahingehend optimierten, immer größere Flächen mit einem Access Point auszuleuchten. Für den wirklich „persönlichen“ Einsatz ist 802.11 daher in der Regel auch nur bedingt geeignet – andere Protokolle und Übertragungstechniken sind mitunter besser geeignet.

Fast alles was auch nur ansatzweise mit dem Datenaustausch zwischen Smartphones, Tablet-PCs und Tablets und anderen Geräten zu tun hat, setzt in der Regel auf eine Bluetooth-Verbindung. Headsets, Freisprechanlagen, Mikrofone, Drucker oder Autos werden auf diese Weise innerhalb weniger Sekunden (jedenfalls zumeist) mit dem Handheld-System „gekoppelt“ und erlauben einen komfortablen Datenaustausch.

Entwickelt von der Bluetooth Special Interest Group (SIG) in den 1990er Jahren hat sich Bluetooth heute zum Industriestandard für die Datenübertragung von Geräten über eine kurze Distanz entwickelt. Bevor jedoch Bluetooth seinen Siegeszug antrat und das meistgenutzte PAN-Protokoll wurde, gab es eine Phase Anfang der 2000er Jahre, in der häufig eine andere Technik zum Einsatz kam: Die Hersteller nutzen für den Nahbereich keine Funkwellen, sondern übertrugen die Daten via Infrarot-Verbindung – ganz so, wie es bei Fernbedienungen für Fernseher oder Hi-Fi-Systeme üblich war und teilweise heute auch noch ist. Hinter der Technik steckt der so genannte IrDA-Standard (Infrared Data Association), der 1993 von verschiedenen Unternehmen, darunter IBM, Microsoft und Hewlett Packard, zur Standardisierung von Infrarot-Transceivern und Protokollspezifikationen ins Leben gerufen wurde. Mittlerweile spielt IrDA als Technologie im PAN-Umfeld jedoch eine eher untergeordnete Rolle.

Schließlich gibt es auch noch Spezialisten wie Zigbee, Z-Wave und EnOcean. Die federführende Dachorganisation zur Koordinierung der Umsetzung der Zigbee-Technik ist die „ZigBee Alliance“, zu der Firmen wie Philips, General Electric, Osram und deren aktuelle Besitzer, Huawei, Somfy, Honeywell, Busch-Jaeger, Jung, Gira, Bosch, Samsung, Kärcher, Siemens, Telekom, Velux und ZTE, aber auch Amazon und Ikea gehören. Dieses Funkprotokoll eignet sich, wie auch seine direkten Konkurrenten Z-Wave, Enocean oder Bluetooth Smart, in erster Linie für Einsatzzwecke in der Sensortechnik, der Hausautomatisierung und für verschiedene medizinische Anwendungen.

Anders als WLAN oder Bluetooth steht bei ZigBee nicht die Übertragung größerer Datenmengen im Vordergrund, sondern die Übermittlung kleiner Datenmengen bei gleichzeitig möglichst geringem Stromverbrauch. Z-Wave kommt primär bei der Heimautomation im privaten Wohnraum zum Einsatz, zur drahtlosen Steuerung von Lüftungen, Beleuchtungen oder Heizungsanlagen. Wegen der eher niedrigen Bandbreite ist die Technik nicht für die Übertragung von Audio- oder Videodaten geeignet. Jedoch ermöglicht sie die sichere Übertragung der Daten für einen Einsatz bspw. in Zutritts- und Sicherheitssystemen.

Nahes Netzwerk in Industrie & Wirtschaft

Wer sich erstmals mit dem Begriff eines Netzwerks im „nahen Bereich“ befasst, wird zunächst ganz sicher auf die klassische Definition eines Personal Area Networks (PAN oder auch WPAN) stoßen, wie wir auch hier beschrieben haben. Doch bei den Netzwerkverbindungen im Nahbereich tut sich weitaus mehr – und damit sind nicht ausschließlich WLAN, LTE- und die kommenden 5G-Netzwerkverbindungen gemeint. Ein gutes Beispiel ist die so genannte M2M-Kommunikation (Machine to Machine). Sie bedient zwar sehr gut das Klischee von den „Robotern, die miteinander reden“, ist aber in Wirklichkeit weitaus mehr: Nämlich eine gängige Praxis für den automatisierten Datenaustausch zwischen Maschinen, die sich in der Industrie etabliert hat. Eine Vernetzung der Sensoren, der so genannten Aktoren (antriebstechnische Baueinheiten, die vom Steuerungscomputer ausgegebene Befehle in mechanische Bewegungen oder auch in Veränderungen physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umsetzen) und der eigentlichen Produktionsgeräte gehört schon eine ganze Zeit zum Standard im Umfeld der Industrie.

Gerade im sehr nahen Bereich, wenn es also nur um wenige Zentimeter Abstand zwischen den Geräten geht, gewinnt eine Technik sowohl in der Industrie als auch in der Welt der Konsumenten immer stärker an Bedeutung: die so genannte „Near Field Communication“ (NFC). Von der Technik her betrachtet handelt es sich hierbei um eine spezielle aktive RFID-Ausprägung (Radio-Frequency Identification). NFC arbeitet auf Basis der elektromagnetischen Induktion über gekoppelte Spulen. Dabei ist dann die Übertragungsdistanz sehr gering und beträgt nur wenige Zentimeter. NFC hat sich in den letzten Jahren zur entscheidenden Technik entwickelt, wenn es im Consumer-Bereich um mobile und berührungslose Bezahlen geht. An den Kassen des Handels und auch an Tankstellen und Restaurants kommt NFC vor allen Dingen zur Authentifizierung und Freigabe des Zahlungsvorgangs zum Einsatz. Ganz ähnlich dazu identifizieren sich Personen, Geräte und Objekte auch in logistischen oder ganz allgemein Industrieprozessen. Aktuelle Smartphones und Tablet-PCs verfügen heute in der Regel alle über NFC-Chips, die diesen Einsatz ermöglichen.

Netze vor Ort und „zum Anziehen“

Die Vernetzung unserer direkten Umgebung schreitet immer weiter voran. Von der Positionsbestimmung von Personen und Objekten über den Datenhandschuh – immer neue und zumeist auch spannende Einsatzmöglichkeiten tun sich durch die Vernetzung auf. Die Tragbarkeit von Datenverarbeitungs- beziehungsweise Datensammelsystemen ist seit Jahren nichts Besonderes mehr. Mittlerweile gehen Firmen wie der US-amerikanische Sportartikelhersteller Nike sogar so weit, dass die Laufschuhe der Serie „Adapt“ über die Kopplung mit der Apple Watch die Passform bei Bedarf straffen oder lockern – mit Sprachsteuerung über Siri. Was für den professionellen Leistungssportler möglicherweise ein interessantes Feature ist, dürfte den meisten Gelegenheitssportlern dann aber doch eher egal sein.

Datensammlungen wie Laufstrecken, Herzfrequenzmessung, Geschwindigkeit oder Schrittzählung sind bereits für wenig Geld zu bekommen und auch rund um das Smartphone hat sich ein komplettes Ökosystem entwickelt. Beinahe alle Konzepte dieser Art basieren auf Bluetooth. Direkte Tragbarkeit ist aber auch in der Arbeitswelt von Bedeutung. Wer in der Materialwirtschaft einmal erleben durfte, wie es sich anfühlt, acht Stunden lang mit einem Handscanner Waren-Barcodes abzuscannen, wird die Vorteile eines „Scan-Handschuhs“ zu schätzen wissen. Der Handheld-Computer wird in einen Handschuh integriert und beispielsweise beim leichten Ballen der Faust wird der Scan-Auslöser aktiviert.

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