Die Kommunikationsinfrastruktur für das Internet der Dinge kommt
Sigfox vs. LoRa vs. NB-IoT
Das IoT erweitert die Reichweite des Internets von personengebundenen Computern gravierend auf autonome Smart Devices. Oftmals sind diese Geräte für die Ferndiagnose und -steuerung mit dem Internet verbunden, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus können innovative IoT-Hard- und Softwaredienstleistungen neue Umsätze generieren - zum Beispiel effizientere Logistik für neue Marktsegmente oder im Pro-Usage-Geschäftsmodell verkaufte Industriegeräte.
Bild: ©Prasit Rodphan/Shutterstock.comWährend der M2M-Markt wächst, zeichnet sich ab, dass es viele mobile IoT-Use Cases gibt, für die existierende zellulare Netzwerke nicht geeignet sind. Die Gründe dafür sind einfach: Abdeckung, Akkulaufzeit und Gerätekosten. Bestehende Mobilfunknetze bieten bereits in reifen Märkten eine sehr gute Flächendeckung. Jedoch befinden sich viele potentielle 'verbundene Objekte' in abgelegenen Gebieten. Wenn es eine Abdeckung gibt, ist sie oft sehr schwach. Dies wird zwar durch eine erhöhte Sende- und Empfangsleistung der Gerätesender kompensiert, allerdings bedeutet das auch eine erhöhte Batterieentladung. Darüber hinaus sind zellulare Netzwerke nicht für Anwendungen ausgelegt, die gelegentlich kleine Datenmengen übertragen. Eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren, kombiniert mit einem kostengünstigen Gerät, kann auf bestehenden breitbandigen zellularen Standards nicht realisiert werden, da sie die erforderlichen Energiesparmechanismen nicht unterstützen. Der dritte Aspekt der Gerätekosten, mobile Geräte, die auf GSM, 3G und LTE arbeiten, sind für eine Vielzahl von Diensten konzipiert, einschließlich mobiler Sprach-, Messaging- und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Diese Features sind nur durch komplexe Multimode Chipsets möglich, die entsprechend höhere Kosten verursachen. Genügend Gründe, um eine klare Zielrichtung der 3rd Generation Partnership Project (3GPP) zu erarbeiten - für eine standardisierte Low Power Wide Area Technologie. (3GPP ist das Standardisierungsgremium für 2G/3G, LTE sowie 5G Mobilfunk Systeme unter der ITU) Die derzeitigen Technologien, die den LPWA-Markt unterstützen, sind zersplittert und nicht standardisiert, daher bestehen Defizite wie schlechte Zuverlässigkeit, mangelhafte Sicherheit oder hohe Betriebs- und Wartungskosten. Darüber hinaus ist die neue Overlay-Netzwerk-Implementierung sehr komplex. Beim Internet of Things (IoT) oder besser Internet of Everything (IoE) geht es darum, Dinge in das Internet zu bringen, deren Anbindung bisher zu aufwendig und zu teuer war. Abgelegene Maschinen oder auch mobile Anwendungen von Maschinen sind die Wunschkandidaten der Vernetzung. Vorzugshalber setzt man hier auf Funk, da kabelgebundene Lösungen zu komplex wären. LTE-CatM1 oder NB-IoT überwindet die oben genannten Mängel, mit allen Vorteilen wie breitflächige allgegenwärtige Abdeckung, schnelles Upgrade des bestehenden Netzwerks und geringere Komplexität der Single Mode Modems was mit einem geringeren Stromverbrauch einhergeht. Dies bedeutet, dass erstmals Akkulaufzeiten mit bis zu 10 Jahren Laufzeit möglich sind, sofern sich diese nicht durch Selbstentladung vorher verabschiedet haben.
Bild: QualcommDie Verbreitung von LoRa und Sigfox
Bisherige Sprach- und Datenorientierte GSM und UMTS basierte Lösungen eignen sich nur bedingt für diese einfachen M2M-Services. Aus diesem Grund versuchen sich auch andere Alternativen im LPWA Bereich wie z.B. das LoRaWAN (LongRange Wide Area Network) sowie Sigfox. Beide arbeiten im lizenzfreien 868MHz Band. Auf den ersten Blick haben diese Netzwerkservices wie Sigfox und LoRa gute Chancen, weil ihre Technik bereits im Feld erprobt ist. Das LoRa-Netz stützen beispielsweise Netzbetreiber, die zusammen ca. 180 Millionen Teilnehmer zählen. Demgegenüber steht die NB-loT-Technik der 3GPP, die bereits 20 der weltweit größten Netzbetreiber hinter sich versammelt. Diese decken laut Vodafone 90 Prozent der IoT Versorgungsfläche ab und versorgen mehr als 2,9 Milliarden Teilnehmer. Angesichts dieser Übermacht klingen Vertreter der LoRa Alliance und der Sigfox-Technik zurückhaltend: man sei mehr am Wachstum des gesamten LP-WAN Ökosystems interessiert, als an einer marktbeherrschenden Stellung.
Was NB-IoT kann
Bei der Deutschen Telekom rüstet man das Netz seit Oktober 2017 mit NB-loT-Software auf. Das Unternehmen hat den 'NB-IoT Prototyping Hub' gegründet, um die Entwicklung von Produkten auf Basis von NB-IoT zu ermöglichen. Zur Datenübertragung benutzt das NB-IoT hier die 900MHz Frequenzen und somit Teile des noch verbliebenen GSM-Bandes. In 2017 wurde beschlossen, zusätzlich auch die 800MHz Frequenzen dazu zunehmen. Ein klares Zeichen für heutige M2M-Anwender basierend auf dem GSM/GPRS Technologie, dass der Grad von QoS (Quality of Service) seinen Scheitelpunkt überschritten hat. Kritische M2M-Kommunikation braucht Echtzeitkommunikation über hochverfügbare, zuverlässige Verbindungen. Dafür eignet sich LTE oder zukünftig die 5G Mobilfunktechnologie. Braucht man eine große Reichweite bei möglichst geringem Energieverbrauch und zu niedrigen Kosten, gab es bisher keine einheitliche Netztechnologie. Nach der Standardisierung ist dafür das NB-IoT die Lösung. Eine hohe Anzahl an Verbindungen pro Zelle, lange Akkulaufzeiten von bis zu 10 Jahren und eine starke Abdeckung mit zusätzlichen 20 Dezibel auf dem Link-Budget gegenüber GPRS sind nur einige Vorzüge der neuen Technologie. Überall, wo klassische Netze unrentabel und ineffektiv sind, wird daher künftig NB-IoT zum Einsatz kommen. Zum Beispiel beim Smart Metering, für das Tracking von Containern und Gütern oder aber auch zur Vernetzung von Straßenlaternen in der Smart City. Im B2C-Segment kann das NB-IoT für Wearables, Haushaltsgeräte oder Rauchmelder eingesetzt werden. Weitere Pluspunkte sind die gute Planbarkeit, Security und hohe Betriebssicherheit. Weiterhin ist das NB-IoT notwendig, damit die Kosten für Hardware und den Netzbetrieb gesenkt werden. Dabei geht um extrem niedrige Datenraten von unter 100bit/s bis hin zu wenigen kBit/s. Der Netzbetrieb ist in einem Spektrum von lediglich 200kHz möglich. Qualcomm entwickelte den MDM9206 Chip, um die LTE-Kategorie M1 (eMTC) zu unterstützen. Der MDM9206 ist darüber hinaus auf die Dual-Kategorie M1 / NB-1-Modus per Software-Update erweiterbar. Die einfacheren Schmalband-LTE-Kategorien helfen dabei die Kategorien Low-Cost, Low-Power, geringere Bandbreite und eine größere Abdeckung für die nächste Generation von IoT-Produkten und -Diensten zu unterstützen und gleichzeitig die Batterielaufzeit im Vergleich zu früheren LTE-Generationen deutlich zu erhöhen. Das ist wohl auch eines der wichtigsten Gründe für die LTE-Cat-M1 oder Cat-NB-IoT Technologie im Vergleich zu Proprietären, da die Infrastruktur bereits so gut wie vorhanden ist bzw. lediglich SW-Updates eingespielt werden müssen und somit ein funktionierendes Netzwerk ist, das Rendite erwirtschaftet. Darüber hinaus kann es auch mit Quality of Service (QoS) und einer langfristigen Verfügbarkeit werben.
Das IoT erweitert die Reichweite des Internets von personengebundenen Computern gravierend auf autonome Smart Devices. Oftmals sind diese Geräte für die Ferndiagnose und -steuerung mit dem Internet verbunden, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus können innovative IoT-Hard- und Softwaredienstleistungen neue Umsätze generieren - zum Beispiel effizientere Logistik für neue Marktsegmente oder im Pro-Usage-Geschäftsmodell verkaufte Industriegeräte.
Bild: ©Prasit Rodphan/Shutterstock.comWährend der M2M-Markt wächst, zeichnet sich ab, dass es viele mobile IoT-Use Cases gibt, für die existierende zellulare Netzwerke nicht geeignet sind. Die Gründe dafür sind einfach: Abdeckung, Akkulaufzeit und Gerätekosten. Bestehende Mobilfunknetze bieten bereits in reifen Märkten eine sehr gute Flächendeckung. Jedoch befinden sich viele potentielle 'verbundene Objekte' in abgelegenen Gebieten. Wenn es eine Abdeckung gibt, ist sie oft sehr schwach. Dies wird zwar durch eine erhöhte Sende- und Empfangsleistung der Gerätesender kompensiert, allerdings bedeutet das auch eine erhöhte Batterieentladung. Darüber hinaus sind zellulare Netzwerke nicht für Anwendungen ausgelegt, die gelegentlich kleine Datenmengen übertragen. Eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren, kombiniert mit einem kostengünstigen Gerät, kann auf bestehenden breitbandigen zellularen Standards nicht realisiert werden, da sie die erforderlichen Energiesparmechanismen nicht unterstützen. Der dritte Aspekt der Gerätekosten, mobile Geräte, die auf GSM, 3G und LTE arbeiten, sind für eine Vielzahl von Diensten konzipiert, einschließlich mobiler Sprach-, Messaging- und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Diese Features sind nur durch komplexe Multimode Chipsets möglich, die entsprechend höhere Kosten verursachen. Genügend Gründe, um eine klare Zielrichtung der 3rd Generation Partnership Project (3GPP) zu erarbeiten - für eine standardisierte Low Power Wide Area Technologie. (3GPP ist das Standardisierungsgremium für 2G/3G, LTE sowie 5G Mobilfunk Systeme unter der ITU) Die derzeitigen Technologien, die den LPWA-Markt unterstützen, sind zersplittert und nicht standardisiert, daher bestehen Defizite wie schlechte Zuverlässigkeit, mangelhafte Sicherheit oder hohe Betriebs- und Wartungskosten. Darüber hinaus ist die neue Overlay-Netzwerk-Implementierung sehr komplex. Beim Internet of Things (IoT) oder besser Internet of Everything (IoE) geht es darum, Dinge in das Internet zu bringen, deren Anbindung bisher zu aufwendig und zu teuer war. Abgelegene Maschinen oder auch mobile Anwendungen von Maschinen sind die Wunschkandidaten der Vernetzung. Vorzugshalber setzt man hier auf Funk, da kabelgebundene Lösungen zu komplex wären. LTE-CatM1 oder NB-IoT überwindet die oben genannten Mängel, mit allen Vorteilen wie breitflächige allgegenwärtige Abdeckung, schnelles Upgrade des bestehenden Netzwerks und geringere Komplexität der Single Mode Modems was mit einem geringeren Stromverbrauch einhergeht. Dies bedeutet, dass erstmals Akkulaufzeiten mit bis zu 10 Jahren Laufzeit möglich sind, sofern sich diese nicht durch Selbstentladung vorher verabschiedet haben.
Atlantik Elektronik GmbH
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 3 2018 - 05.10.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
