NB IoT, LoRaWan, Sigfox und Co.

IoT - Auf die Connectivity kommt es an

12.02.2018
Von Detlev Flach
Beim aktuellen Wirbel um das Internet of Things (IoT) stehen meist die Plattformen und Applikationen im Vordergrund. Das in der Praxis ebenfalls wichtige Thema Connectivity wird dagegen häufig vernachlässigt.

Es ist eine Binsenweisheit: Auch die "smarteste" Anwendung ist oft ziemlich wertlos, wenn der Datenfluss zwischen den vernetzten Objekten nicht zuverlässig, sicher und bezahlbar ist. Dabei gibt es zur Anbindung der "Dinge", also insbesondere Maschinen oder Anwendungen und Sensoren von Maschinen, im IoT verschiedenste Möglichkeiten, wobei kabelgebundene Lösungen nur eine eingeschränkte Rolle spielen. Gerade das industrielle Internet of Things (IIoT) erfordert in den meisten Lösungen noch immer eine drahtlose Connectivity. Bei der Überwindung kurzer Strecken reicht dabei das Spektrum von Bluetooth, NFC, RFID oder WLAN bis hin zu weniger vertrauten Lösungen wie Zigbee oder Z-Wave.

In IoT-Szenarien spielt die zuverlässige, sichere und bezahlbare Datenübertragung eine wichtige Rolle.
In IoT-Szenarien spielt die zuverlässige, sichere und bezahlbare Datenübertragung eine wichtige Rolle.
Foto: Sergey Nivens - shutterstock.com

NB IoT: Übergangslösung bis 5G

Bei einer breitflächigen Abdeckung, die auch in abgelegene Gebiete reicht, ist meist Mobilfunk das bevorzugte Übertragungsmedium. Hier stellt insbesondere die auf dem Netzwerkprotokoll Low Power Wide Area (LPWA) basierende Technologie Narrowband IoT (NB IoT) eine interessante Lösung dar. Wegen seiner zahlreichen Vorzüge gilt NB IoT im IoT-Umfeld als die Übergangstechnik, bis voraussichtlich etwa ab 2020 die ersten 5G-Netze bereitstehen.

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So kann NB IoT in bereits bestehenden LTE-Netzen via Software-Upgrade bereitgestellt werden und ist in der Lage, Millionen von Endgeräten in einem Netz zu verbinden. Weitere Vorzüge sind der geringe Stromverbrauch der NB-IoT-fähigen Endgeräte, was Batterielaufzeiten von bis zu zehn Jahren ermöglicht, geringe Kosten für Module und Wartung, eine niedrige Latenzzeiten, eine hohe Gebäudedurchdringung sowie die Möglichkeit, Daten über größere Distanzen hinweg zu übertragen.

Es gibt natürlich auch Einschränkungen: Wie die Bezeichnung Narrowband bereits andeutet, liegt der Fokus nicht unbedingt auf hohe Datenraten - der Spitzenwert im Up- und Downlink liegt bei etwa 200 Kbit/s. Außerdem befindet sich die Technik bei den verschiedenen Carriern aktuell noch im Rollout. Dieser schreitet zwar zügig voran, bis zu einer flächendeckenden Connectivity via NB IoT kann es jedoch je nach Carrier noch dauern. (National-)Roaming ist theoretisch denkbar, aktuell befindet sich die Technik aber noch in einer zu frühen Implementierungsphase.

Die Sensormodule der Smart-Parking-Plattform "Park and Joy" in Hamburg senden Position und Belegungsstatus via NarrowBand IoT in die T-Systems-Cloud.
Die Sensormodule der Smart-Parking-Plattform "Park and Joy" in Hamburg senden Position und Belegungsstatus via NarrowBand IoT in die T-Systems-Cloud.
Foto: Deutsche Telekom

Nicht lizenzierte Funknetze

Neben lizenzierter IoT-Connectivity, wie sie Carrier wie die Telekom, Vodafone oder Telefónica über ihre landesweiten Mobilfunknetze aufgebaut haben, gibt es auch drahtlose nicht-lizenzierte Netzwerke wie LoRaWAN oder Sigfox, die beide in Europa im lizenzfreien 868-MHz-Band arbeiten.

Für die Betreiber entstehen hier keine Kosten für den Frequenzerwerb vom Staat. Wollen Unternehmen jedoch Sigfox- und LoRa-Technologien nutzen, muss eine neue Netzinfrastruktur über Carrier oder direkt durch das Unternehmen separat bereitgestellt werden. Das klingt je nach Region mehr oder weniger schlimm: Über die Swisscom in der Schweiz, KPN in den Niederlanden oder SK Telekom in Südkorea gibt es seit 2016 eine flächendeckende Versorgung mit LoRaWAN. Hierzulande besteht dagegen noch ein Flickenteppich und keine deutschlandweite Abdeckung - das klassische Henne-Ei-Problem.

Was Sigfox anbelangt, hat der gleichnamige französische Anbieter sein eigenes globales LPWA-Netzwerk aufgebaut, das sich bis Ende 2018 auf über 60 Länder erstrecken soll (derzeit 45 Länder) und auch große Teile von Deutschland mit einschließt. Aktuell liegt die Abdeckung dem Unternehmen zufolge hierzulande bei 65 Prozent (Coverage). Das Netzwerk kann basierend auf Abo-Diensten von Unternehmen genutzt werden.

Für die beiden Alternativen im LPWA-Bereich spricht derzeit unter anderem, dass die Technik bereits im Feld erprobt ist und durch das darum gewachsene Ökosystem eine breite Auswahl an Hardware angeboten wird. Dieser Vorsprung kann aber schnell durch das starke Engagement der Carrier in Sachen NB IoT aufgeholt werden. So gehen Experten davon aus, dass die Kosten für NB-IoT-Module in den nächsten Jahren auf unter zwei Dollar sinken und damit genauso erschwinglich werden wie bei LoRa und Sigfox.

IoT-Connectivity via USSD

Zu den bereits aufgeführten Anbietern kam in jüngster Zeit noch eine weitere Gruppe hinzu, deren Lösung auf dem Messaging-Protokoll USSD (Unstructured Supplementary Service Data) basiert. Dieses Protokoll ist bereits in das Kern-SS7-Netzwerk jedes Mobilfunknetzbetreibers eingebunden. SS7 steht für Signalling System 7, eine Protokollfamilie in der Telekommunikation. USSD ist ein in GSM eingebautes Signalisierungsprotokoll.

Die von Anbietern wie Thingstream, Emnify, GeoSIM oder Hatch genutzte USSD-Technologie erlaubt den Versand und Empfang von Nachrichten mit einer Länge von 182 Zeichen, das sind etwa 160 Bytes und sollte vom Datenvolumen her für die meisten IIoT-Sensoranwendungen ausreichen.

Im Vergleich mit Sigfox, LoRa und anderen proprietären IoT-Connectivity-Technologien liegt der Vorteil von USSD darin, dass es Roaming-fähige SIM-Karten unterstützt. Außerdem greifen effiziente Systeme anstatt 3G- oder LTE-Daten zu verwenden nur auf die 2G-USSD-Fähigkeit zurück. In diesem Fall agiert USSD in der Sprachschicht und benötigt viel weniger Energie. Dadurch gibt es weniger Kapazitätsherausforderungen etwa bei der Nachverfolgung von Warensendungen durch batteriebetriebene Tracker.

Außerdem weist der Schweizer Anbieter Thingstream auf einen wichtigen Vorteil des SIM-basierten Modells hin. Es verspreche den Netzbetreibern nicht nur neue Umsätze in ihren Mobilfunknetzen (wenn auch nicht so hohe wie bei NB IoT), sondern löse auch das Problem von LoRa und Sigfox, ein dediziertes Netzwerk über einen ausreichend großen Bereich und gegebenenfalls verschiedenen Ländern bereitzustellen. Im Falle von LoRa benötigten Kunden zudem genügend technisches Personal, wenn sie ein eigenes Netzwerk betreiben wollen.

Ein denkbar gut geeignetes Einsatzgebiet ist daher neben dem bereits erwähnten Tracking von Gepäck oder Warensendungen auch die moderne Landwirtschaft, Stichwort Precision Agriculture. So reicht schon das schwache Mobilfunksignal in dünn besiedelten ländlichen Umgebungen, um via Sensor den Füllstand eines Kraftstofftanks zu überwachen oder fallenden Wasserdruck oder Lecks in Bewässerungssystemen zu melden. (mb)

 

MBremmer

Danke, wurde korrigiert.

Susann Heinze

Ein wirklich interessanter Artikel, jedoch in manchen Punkten nicht ganz korrekt.
Sowohl LoRa als auch Sigfox sind beide bi-direktional. Die Sigfox Coverage in Deutschland liegt aktuell bei 65%. Insgesamt haben seit letzter Woche 45 Länder der Welt bereits ein Sigfox-Netz verfügbar.

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