Mobile Netze für das Industrial IoT

Das Internet der Dinge bildet die Kommunikationsbasis für die Verbindung zwischen Geräten und Maschinen, genannt Machine-to-Machine (M2M) Communication. Sowohl die Entwicklung des Internet of Things (IoT) als auch der M2M-Technologie laufen seit vielen Jahren eher im Hintergrund ab und standen bisher kaum im Fokus der Öffentlichkeit.

Auch die Idee zur Verbindung von Maschinen, um Daten und Informationen auszutauschen, ist längst in der Praxis umgesetzt. In Zügen, Lastkraftwagen oder Automobilen kommunizieren bereits seit längerer Zeit verschiedene Sensoren über lokale Datenleitungen beziehungsweise Datenbusse untereinander und/oder mittels einer zentralen Steuerung.

Weil festverlegte Datenleitungen besonders in Produktions­anlagen unflexibel und teuer sind, rücken nun für das Industrial Internet of Things (IIoT) immer stärker mobile Netzwerktechnologien in den Fokus.

WLAN-Installationen kommen für industrielle Anwendungen kaum infrage, da sie in lizenzfreien und daher öffentlich zugänglichen Frequenzbereichen (2,4 und 5 GHz) funken. Hier sind deshalb weder Bandbreiten und Sicherheit noch Qualität garantiert - im Gegensatz zu 4G- oder 5G-Netzen: Mit ihnen lassen sich entsprechende Sender gebäu­deintern schnell auf- und abbauen oder um zusätzliche Kapazitäten erweitern. Sie funktionieren damit ganz ähnlich wie ihre Pendants auf öffentlichem Grund.

Bereits in den 1990er-Jahren entstand die Idee, via Sensoren erfasste Messdaten über öffentliche Mobilfunknetze zu übertragen. Diese Szenarien waren insbesondere an Orten zunehmend von Interesse, an denen keine Festnetzleitungen vorhanden waren.

Heute sind - vorwiegend auf den alten GSM/2G-Netzen - immer noch Millionen von SIM-Karten für kurzstreckige Datenübermittlungen im Einsatz. Diese Karten dienen zum Beispiel für Kurzabfragen von Wetterdaten, Felsbewegungen, Temperaturen, Füllständen in Anlagen und Automaten oder von Wasserständen.

Die Abkürzung GSM steht dabei für Global System for Mobile Communications und bezeichnet den ersten digitalen Mobilfunkstandard, der die alten mobilen Analognetze ablöste und ab 1990 das digitale Mobilfunkzeitalter einläutete. GSM war primär für das mobile Telefonieren gedacht und erlaubte anfangs mit höchstens 14,4 KBit/s (brutto) lediglich eine sehr langsame Datenübertragung. Allerdings reichten diese Verbindungen für IoT-Anwendungen (auch wenn die damals noch nicht so genannt wurden) jahrelang aus - in vielen Fällen tun sie das sogar bis heute.

Doch die Anforderungen hinsichtlich Schnelligkeit, Sicherheit und Datenmenge sind heutzutage weitaus höher als in den 1990er-Jahren oder zu Beginn des Jahrtausends. Man kann hier von einer weltweiten Bewegung sprechen, denn längst verbindet das IoT eine riesige Anzahl von Geräten und Dingen miteinander.

Waren es 2013 noch lediglich annähernd 3,6 Milliarden Geräte, die vernetzt waren, wurde bereits vergangenes Jahr die Marke von 20 Milliarden verknüpfter Devices überschritten. Und für das Jahr 2023 werden (je nach Studie) sogar schon zwischen 30 und 50 Milliarden prognostiziert.

Getrieben wird dieses Wachstum nicht zuletzt durch immer neue Anwendungen und die wachsenden Möglichkeiten zur Vernetzung von Gegenständen. Der Druck auf die Kommunikationsnetze und deren Betreiber wächst also weiter, einerseits wegen der Zunahme des Verkehrs, andererseits wegen der begrenzten Möglichkeiten, neue Netze zu bauen.

In der Schweiz zum Beispiel setzt die Verordnung über nicht-ionisierende Strahlung (NISV) dem Ausbau zusätzlich enge Grenzen. Die darin definierten An­lagengrenzwerte werden staatlich kon­trolliert und sind rund um die Uhr einzuhalten. Besonders Spitzen im Pendel­verkehr, beispielsweise in Städten oder entlang von Hauptverkehrsachsen, bereiten den Netzbetreibern Schwierigkeiten, da eine kurzfristige Kapazitätserweiterung nicht möglich ist.