So kommunizieren Maschinen im IoT

Alternativen zum Mobilfunk

von - 18.12.2018
Narrowband-IoT im Praxiseinsatz am Flughafen Düsseldorf
Narrowband-IoT in der Praxis: Der Flughafen Düsseldorf überwacht per NB-IoT eine Brücke zwischen Rollfeld und Tanklager mit diesen Sensoren auf Korrosion und andere Schäden.
(Quelle: Deutsche Telekom)
Wenn also bereits heute mit LTE/4G und zukünftig mit 5G ein Netz für das Internet for Things zur Verfügung steht, weshalb benötigt man überhaupt noch andere Übertragungs-Standards? Zum einen steht das Mobilfunknetz immer noch nur fast überall zur Verfügung, vor allem in abgelegenen Gebieten gibt es noch genügend Funklöcher. So kommen die deutschen Mobilfunkanbieter lediglich auf bis zu 80 Prozent LTE-Netzabdeckung in der Fläche. Zum anderen sind Systeme für die herkömmliche Mobilfunkkommunikation für den Einsatz in vielen Bereichen des Internet of Things schlicht zu viel des Guten und zu teuer.
Es gibt aber durchaus Szenarien, in denen man auf herkömmliche Mobilfunknetze setzt - ein Beispiel sind Speditionen, deren Lastwagen ihren Standort per Mobilfunknetz an die Unternehmenszentrale übertragen. So spielt es bei einem Lkw keine Rolle, wenn neben der ohnehin bereits in vielen Fahrzeugen verbauten Elektronik noch ein Modul für das Tracking per Mobilfunk zum Einsatz kommt.
Bei einem kleinen Sensor aber, der etwa nur die Temperatur erfasst, sieht das schon ganz anders aus. Hierfür wäre ein Mobilfunkmodul viel zu komplex. Außerdem überträgt ein solcher Sensor nur ganz kleine Datenmengen, für die ein Mobilfunknetz völlig überdimensioniert wäre.
Hinzu kommt: In vielen IoT-Szenarien spielt der Energieverbrauch eine große Rolle. Um bei den beiden Beispielen zu bleiben: Bei einem Lkw ist der Verbrauch eines Mobilfunkmoduls unwichtig. Bei einem Temperaturfühler indes, der unter Umständen ohne Stromanschluss irgendwo weit entfernt betrieben wird und auf eine Batterie angewiesen ist, würde ein Mobilfunkmodul diese viel zu schnell leersaugen. Vor allem die vielen kleinen IoT-Sensoren benötigen also einen Standard jenseits des Mobilfunknetzes, der eine zuverlässige, großflächig verfügbare, kostengünstige und energiesparende Datenübermittlung ermöglicht.

Low Power Wide Area Networks

Sogenannte Low Power Wide Area Networks, kurz LPWANs, sind eine neue Klasse von Netzwerkprotokollen, die darauf ausgelegt sind, Daten über eine große Strecke mit niedrigem Energieverbrauch zu übertragen. So übersteigt die Reichweite von LPWANs die von Techniken wie WLAN bei Weitem, auf dem platten Land sind mit LPWAN auch mal 30 Kilometer möglich. Und dabei verbrauchen die entsprechenden Module so wenig Strom, dass zum Beispiel die Batterie in einem Sensor bis zu zehn Jahre durchhält.
Narrowband-IoT, Sigfox und LoRaWAN - für die IoT-Vernetzung stehen mittlerweile drei etablierte LPWAN-Standards zur Verfügung, die weitestgehend verfügbar sind. Jeder dieser Standards hat allerdings seine Vor- und Nachteile, sodass die Entscheidung für einen Standards nicht ganz einfach ist: „Wichtig ist, dass Pferd nicht von hinten aufzuzäumen. Man muss zuerst das Projekt definieren und danach den passenden Standard auswählen“, rät Marcus Götting von Materna. Wer Projekte mit unterschiedlichen Anforderungen hat, komme unter Umständen nicht darum herum, verschiedene Standards einzusetzen, um jeweils die kostengünstigste und optimale Lösung zu erhalten.
Jürgen Pollich von Telefónica zufolge treffen Unternehmen mit der Wahl eines IoT-Übertragungsstandards eine langfristige Entscheidung in Bezug auf das eigene internetbasierte Geschäftsmodell. Er betont, dass daher „die Vor- und Nachteile der einzelnen Übertragungsmethoden vor einer finalen Entscheidung für einen IoT-Standard sehr genau gegeneinander abgewogen werden sollten“. Darüber hinaus sollte jedes Unternehmen besonderen Wert auf eine möglichst langfristige Investitionssicherheit legen. So sei es von Vorteil, eine Technologie einzusetzen, die von einer großen und mit Blick auf die Anwendungen breit aufgestellten Nutzer- und Entwickler-Community vorangetrieben wird oder für die bereits eine breite Marktdurchdringung vorhanden ist. Wenn man an dieser Stelle auf das falsche Pferd setze, dann könne dies ein Unternehmen im schlimmsten Fall dauerhaft vom Markt verdrängen. Andererseits: „Möglichst viele Technologien zu nutzen kann wiederum schnell zu einer finanziell schwer kalkulierbaren Belastung werden. So entwickeln sich die Kosten für die Entwicklung und Pflege mehrerer, ähnlich gelagerter Technologien erfahrungsgemäß nicht linear.“
Die Form der Vernetzung muss also optimal auf die Wünsche und Bedürfnisse eines Unternehmens und dessen Technik abgestimmt werden. „Im Internet der Dinge gibt es keine Patentrezepte. Für jeden Kunden, für jede Anforderung braucht es eine zielgerichtete Lösung. Eine Lösung, die die Vernetzung kostengünstig, sicher und effizient ermöglicht“, resümiert Guido Weissbrich, Bereichsleiter Network Planning bei Vodafone Deutschland.
Guido Weissbrich
Guido Weissbrich
Bereichsleiter Network Planning bei Vodafone Deutschland
Foto: Vodafone
„Eine LTE-Mobilfunkzelle mit Narrowband-IoT kann theoretisch bis zu 50.000 Dinge vernetzen.“
Bei den aktuell verfügbaren LPWAN-Standards unterscheidet man zwischen zwei Varianten. Narrowband-IoT setzt auf vorhandene Mobilfunktechniken auf und nutzt dabei die lizenzierten LTE/4G-Funkbereiche der Mobilfunk­anbieter. Die Funkmodule sind mit einer eigenen SIM-Karte ausgestattet, die die Anmeldung am Mobilnetz übernimmt. Die zweite Variante bilden die beiden Systeme Sigfox und LoRaWAN. Sie nutzen für die Datenübertragung frei ver­fügbare und lizenzfreie Funkfrequenzen unterhalb der 1-GHz-Grenze.
Die drei Standards decken sehr unterschiedliche Leistungsspektren ab. Sigfox und LoRaWAN sind primär für die Übertragung von kleinsten Datenmengen vom Sensor ins Netz geeignet und verbrauchen dabei extrem wenig Energie. So beträgt der Datendurchsatz bei Sigfox 100 Bit/s, bei LoRaWAN bis zu 50 KBit/s. Narrowband-IoT überträgt mit bis zu 250 KBit/s deutlich mehr Daten.
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