Für bestimmte Anwendungen gut geeignet LPWAN in der Industrie – Hype oder Trend?

Der „LoRa/BLE-Hybrid-Tag“ der m2m-Germany-Tochtergesellschaft conbee als Version mit Gehäuse
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Als energiesparende drahtlose Datenübertragungsnetze genießen LPWANs (Low Power Wide Area Networks) auch in der Industrie derzeit viel Aufmerksamkeit. Doch eignen sie sich wirklich für industrielle Anwendungen – und wenn ja, inwieweit und für welche? Sechs Branchenexperten nehmen Stellung.

Markt&Technik: Worin sehen Sie den Sinn und Zweck der LPWAN-Technik und wo liegen ihre Einschränkungen?

Jürgen Kern, CEO von NetModule: Die LPWAN-Technologie wurde entwickelt, um LPWAN-Endpunkte – z.B. viele Sensoren – kostengünstig und energiesparend mit einer Basisstation des LPWAN-Netzes zu verbinden. Dabei entstehen sternförmige Netzstrukturen, bei denen eine Basisstation am Netz sich mit vielen Endpunkten (Sensoren) verbindet. Überbrückt werden dabei Distanzen von mehreren Kilometern (durchaus 20 km oder mehr). Zur Kommunikation dienen idealerweise lizenzfreie Funkfrequenzen (im ISM-Band).

Die Ziele wurden im Wesentlichen erreicht. Allerdings hat die LPWAN-Technologie einige Einschränkungen, weshalb sie auch noch nicht die erwartete Verbreitung findet, besonders in Industrieanwendungen.

Erstens erfordert die Datenübertragung Sichtverbindung, d.h. Geländehindernisse machen eine Verbindung unmöglich. Allerdings ist es machbar, Ziele innerhalb von Gebäuden zu erreichen. Dabei reduziert sich die Übertragungsdistanz aber auf wenige hundert Meter.

Zweitens ist eine gute Datenübertragung auf größeren Distanzen wie etwa 20 km nur mit geringem Datendurchsatz möglich. So kann die Übertragung einer einzigen kleinen Meldung bereits Sekunden in Anspruch nehmen. Das erklärt auch, warum sich LPWAN-Netze nicht für die Übertragung großer Datenmengen eignen.

Drittens unterliegen ISM-Frequenzen einer sogenannten „Fair Use Policy“: eine Station darf lediglich 1 Prozent der total verfügbaren Sendezeit nutzen. Ein Sensor beispielsweise darf so innerhalb von 5 min lediglich eine Meldung mit Dauer von 3 s senden.

Viertens ist der Energieverbrauch von LPWAN-Endpunkten nur dann gering, wenn sich der Endpunkt zwischen den einzelnen Sendevorgängen in einen Schlafmodus versetzen lässt. Im Schlafmodus kann er aber keine Meldungen empfangen, die von der Basisstation her kommen.

Diese Überlegungen zeigen: Die LPWAN-Technologie eignet sich hervorragend für Sensornetze im freien Raum mit Sichtverbindung, die sich über weite Strecken ausdehnen und bei denen die Sensoren gelegentlich kleine Informationsmengen an die Basisstation senden.

Inwieweit eignet sich LPWAN für Indus­trie-Anwendungen?

Jürgen Kern: Nur beschränkt, denn Industrie-Anwendungen benötigen normalerweise symmetrische und höhere Bandbreiten. Zudem befinden sich Industrie-Anwendungen häufig innerhalb von Gebäuden, was die Reichweite stark reduziert.

Klaus-Dieter Walter, Geschäftsführer von SSV Software Systems: LPWAN wurde ja in erster Linie für industrielle Anwendungen entwickelt. Die Datenintegration von Verbrauchszählern, Mülltonnenfüllständen und Parkhausauslastungen in digitale Geschäftsprozesse sind in erster Linie industrielle Aufgaben. Für die Überwachung einer Zimmerpflanze im Smart Home reicht eine Sensorik auf WLAN-Basis, weil der Internet-Router nur ein paar Meter entfernt ist.

Werner Niehaus, BU Manager Electronics bei Unitronic: Sie müssen Daten in Echtzeit verfügbar haben? Dann vergessen Sie LPWAN. Der Schwerpunkt von LPWAN liegt auf den drei Cs: Coverage, Consumption, Costs. Wenn diese drei Kriterien in das Anforderungsprofil Ihrer Anwendung passen, sollten Sie sich mit LPWAN näher beschäftigen.

Stefan Zimmermann, Geschäftsführer von comtac: LPWAN eignet sich generell für Anwendungen, die große Reichweiten bzw. sicheren Empfang unter schwierigen Bedingungen benötigen, aber mit geringen Datenmengen auskommen und nicht extrem zeitkritisch sind – auch und gerade in der Industrie.

Dr. Erik Lins, Technischer Leiter bei m2m Germany: Das kommt auf die konkrete Anwendung an. Generell eignet sich LPWAN für Anwendungen mit großer Reichweite und geringen Datenmengen. Weil kaum Verkabelungsaufwand anfällt, bietet es sich für die Nachrüstung an. Weniger bis nicht geeignet ist es für echte Steuerungsfunktionen.

Aurelius Wosylus, Country & Sales Director Germany bei Sigfox: In der Industrie geht es meist um die Überwachung und/oder Lokalisierung einzelner Geräte, Maschinen oder Produktionsgüter. Sigfox überzeugt dabei vor allem durch Störunempfindlichkeit und geringen Strombedarf speziell hinsichtlich der Batteriedimensionierung. Viele Geräte lassen sich daher nachträglich leicht mit Sensorik ausstatten, ohne auf bestehende Stromversorgungs- oder Kommunikationsleitungen zurückgreifen zu müssen. Wir nennen solche Anwendungen Retrofit.

Für welche Arten von Industrie-Anwendungen kommt LPWAN in Betracht?

Jürgen Kern, NetModule: Hauptsächlich für Sensornetze im freien Raum mit Sichtverbindung, die sich über weite Strecken ausdehnen und bei denen die Sensoren gelegentlich kleine Informationsmengen an die Basisstation senden.

Klaus-Dieter Walter, SSV Software Systems: Primär für die elementare Sensor-to-Cloud-Aufgabe, die wir in jeder IoT-Anwendung – und dazu zähle ich auch das Industrial IoT inklusive Industrie 4.0 und Smart Factory – finden bzw. noch finden werden. Solche Anwendungen haben immer eine Monitoring-Komponente, für die LPWAN besonders dann in Frage kommt, wenn der Sensor plus die dazu gehörende Elektronik mit einer Batterie versorgt werden müssen, die nicht alle paar Monate gewechselt werden kann. Aber auch wenn ein Netzteil die Versorgungsspannung bereitstellt, ist LPWAN eine Option. Die Gründe dafür sind die Frequenzbereichswahl, spezielle Modulationsverfahren und die Konzentration auf schmale Bandbreiten. Dadurch werden besonders funktechnisch suboptimale Sensorstandorte, wie etwa Keller, und die großflächige Verteilung der Sensorik bei minimalen Infrastrukturkosten unterstützt.