Wie erreicht man die IoT-Cloud?

Hat man eine der drahtlosen IoT-Technologien gewählt oder konfiguriert - falls man sich für eine Multi-Protokoll-Hardware entschieden hatte - bleibt die Frage, wie die Devices tatsächlich ins Internet zu ihrer IoT-Cloud routen. Die Anbieter der lizenzierten Optionen NB-IoT und LTE-M bieten wie die anderen Mobilfunk-Optionen auch immer ein Routing ins öffentliche Internet an. Anders gestaltet sich das hingegen bei LoRa und Sigfox. Die LoRa-Infrastruktur ist unter Umständen wirklich privat für eine Stadt oder ein großes Firmengelände. Ob eine bestimmte LoRa-Infrastruktur ins öffentliche Internet routet, muss im Einzelfall geklärt werden.

Bei Sigfox handelt es sich sogar nicht einmal um ein IP-Protokoll. Das proprietäre Sigfox-Protokoll gleicht eher einfachen “Morsesignale”, die gar nicht direkt mit einer offenen Technologie lesbar sind. Sigfox betreibt deshalb einen eigenen Cloud-Dienst, der jedes Device mit einer REST- und MQTT-Schnittstelle repräsentiert. Die komplette Route von einem lokalen Sigfox-Sendemast bis in die Sigfox-Cloud bietet Sigfox exklusiv als Dienst an. Hier braucht sich ein Anwender also keine Gedanken machen. Möchte man jedoch sicherstellen, dass die eigenen Sensoren keinen "digitalen Trace" auf fremden Servern hinterlassen, ist ein selbst betriebenes LoRa-Netz die attraktivste, aber aufwendigste LPWA-Option.

Bei den Gebäudenetzen ist das Routing des IoT Traffics nicht anders als das Routing des restlichen IP Traffics eines normalen WLANs. Wenn verfügbar, ist der kabelgebundene Weg ins Internet meist die Variante mit der kleinsten Latenz. Oft suchen aber Industrie-Anlagen beispielsweise für Predictive-Maintenance-Szenarien den Weg zur IoT-Cloud ihres Herstellers, ohne dabei die Kabelinfrastruktur des Kunden in Anspruch nehmen zu dürfen. Dann kommt beispielsweise ein Gateway zum Einsatz, das vom drahtlosen Gebäudenetz auf ein Mobilfunknetz umsetzt.

Abhängig vom geforderten SLA müssen diese Gateways ggf. redundant vorhanden sein oder sollten sich selbstständig mit dem Netz eines alternativen Mobilfunkanbieters verbinden können. Ein Routing von Gebäudenetzen in eine LPWA-Infrastruktur kann auch Sinn machen, wenn die LPWA-Bandbreite reicht oder spezielle NB-IoT/LTE-M Features hilfreich sind.

Mesh-Netzwerke können Technologien kombinieren

Von Mesh-Netzwerken spricht man, wenn mehr größere Topologien aus vielen Netzwerk-Nodes gebaut werden, die nur mit einer Stromversorgung angeschlossen sind. Lediglich ein Node - oder wenige aus Redundanzgründen - haben einen Internet-Anschluss. Alle anderen Nodes suchen sich Bandbreite von ihren Nachbar-Nodes oder leiten Traffic an ihre Nachbarn weiter. Damit lassen sich beispielsweise sehr große Bluetooth-Netzwerke oder ein über mehrere Ortsteile verteilte Wifi-Mesh-Netz bauen.

Grundsätzlich kann man mit jedem symmetrischen Netzwerkprotokoll Mesh-Netze bauen. Die meisten LPWA sind aber bewusst unsymmetrisch, um auf dem IoT-Device Energie zu sparen. Ein LPWN-Device kann also nicht gleichzeitig Client und Repeater für andere Devices sein. Die LoRaWAN- oder NB-IoT-Access-Points benötigen deshalb eine Netzversorgung über eine andere Technologie.

Einer der Innovatoren in dem Wifi-Bereich ist die kalifornische Firma Ubiquitous Networks. Mittlerweile haben die großen Hersteller von Wifi-Access-Hardware wie Cisco zwar funktional aufgeholt, bieten ihre Mesh-fähige Hardware aber immer noch zu weit höheren Preisen als Ubiquitous Networks an.

Mit der Bluetooth-Technologie funktionieren Mesh-Topologien seit Mitte letzen Jahres auch offiziell gut. Denkt man an das Predictive-Maintenance-Beispiel von oben, könnte auf jeder Maschine ein günstiger Dual-Band-Controller sitzen. Die meisten Maschinen generieren einfach untereinander ein selbst organisiertes Bluetooth-Mesh. Um alle Maschinen ins Internet zu bringen, würde es schon reichen, dass mindestens eine einzige Maschine beispielsweise in ein NB-IoT routen kann. Sie bietet sich selbst als Gateway an und versorgt alle anderen Mesh-Teilnehmer. Würde sie selbst ausfallen, sucht sich das Mesh Network selbsttätig ein neues Gateway aus.

In diesem Fall kann sogar ein Feature besonders interessant sein, das viele Telcos sogar zuerst für ihre NB-IoT/LTE-M Dienste ausrollen möchten, nämlich die Soft-SIM. So würde für die schlummernden NB-IoT/LTE-M Fähigkeit aller Maschinen keine Kosten anfallen, solange sie NB-IoT nicht einschalten. Wird einer zum Gateway, kann diese Node sich automatisch eine Soft-SIM provisionieren und produktiv gehen.

Einige Hersteller und Telcos arbeiten hier noch an der vollständigen Automatisierung der Software, so dass sehr bald solche “Self-Healing Multi-Band Mesh Networks” möglich sind. Die selbstheilende hybride IoT-Netzwerklösung ist sicher für viele Industrieanwendungen interessant, die bisher auf teure Kabel bauen mussten. (mb)