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Drahtlos im Internet of Things

Welche Funktechnologie für welche Anwendung?

Eigenschaften der verschiedenen Funktechnologien im Vergleich.
Eigenschaften der verschiedenen Funktechnologien im Vergleich. *5G ermöglicht Network Slicing - je nach Use Case lassen sich die unterschiedlichsten Anforderungen an das Netz abbilden. In der Tabelle sind die maximal erreichbaren Ausprägungen aufgeführt.
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Für viele Anwendungen im Internet of Things bieten sich drahtlose anstatt drahtgebundener Vernetzungstechniken an. Aber welcher Funkstandard eignet sich für welche Applikation? Ein Überblick.

NB-IoT, LTE, LTE-M, 5G – diese Funktechnologien sind im Zusammenhang mit dem IoT derzeit in aller Munde. Sie spielen im IoT eine große Rolle, um Sensoren, Aktoren und sogar ganze Assets wie etwa Fertigungsmaschinen, Windparks oder auch Parkplätze über das Internet zu vernetzen. Die erzeugten Daten lassen sich mit ihnen auf verschiedene Art weiterleiten und anschließend zentral weiterverarbeiten. Dadurch können sie zur Ausgestaltung neuer Geschäftsmodelle, Produkte oder Dienstleistungen, wie etwa Pay-per-Use-Modelle und neue Services auf Basis von Condition Monitoring oder Predictive Maintenance, genutzt werden.

So vielfältig die Funktechnologien sind, noch vielfältiger sind ihre Einsatzmöglichkeiten in der Praxis. Weil Technologien niemals einen Selbstzweck erfüllen, ist der individuelle Use Case bei ihrer Auswahl die zentrale Entscheidungsgrundlage. An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich Funktechnologien auf Mobilfunk-Basis besonders für Szenarien mit beweglichen oder schwer zu verkabelnden Assets eignen. Beispiele dafür sind vernetzte Werkzeuge sowie große Kräne und Hebezeuge.

Für die Auswahl der geeigneten Funktechnologie sind – abhängig vom Use Case – verschiedene Kriterien heranzuziehen. Die Tabelle führt die wichtigsten Kriterien auf, etwa Datenrate, Reichweite und Standardisierung.

Condition Monitoring und NB-IoT: Vernetzte Parkplätze und intelligente Stromzähler

Das Low-Power-Wide-Area-Netzwerk (LPWAN) Narrowband-IoT (NB-IoT) eignet sich für Anwendungen, die eine große Reichweite, lange Batterielaufzeiten der Module, eine eher geringe Nachrichtenfrequenz und Datenraten bis zu 250 kbit/s benötigen. Wegen dieser Merkmale ist NB-IoT sehr energie- und kosteneffizient.

Die NB-IoT-Technik beruht auf dem LTE-Standard, so dass sie keine zusätzliche lokale Infrastruktur erfordert, genügend Mobilfunkabdeckung am Einsatzort vorausgesetzt. Weil sie den globalen Mobilfunk-Standard LTE nutzt, ist sie zukunftssicher und von Stakeholdern anderer Funktechnologien unabhängig. Darüber hinaus ist NB-IoT skalierbar, weil viele Endgeräte gleichzeitig miteinander vernetzt werden können.

Angesichts dieser Merkmale eignet sich NB-IoT besonders für die Vernetzung von Sensoren und statischen Geräten „im Feld“, bei denen es eher auf Energieeffizienz und Batterielebensdauer als auf hohe Datenraten ankommt. Ein Beispiel dafür ist Sensorik für Smart Parking oder Smart Metering. Das Smart-Parking-Angebot „Park & Joy“ in Hamburg fußt beispielsweise auf NB-IoT-Sensoren und hilft Autofahrern bei der Parkplatzsuche. So lässt sich Zeit sparen und zugleich der städtische Verkehr verringern. Auch für schnelles Prototyping ist NB-IoT vorteilhaft, was vor allem beim Testen neuer IoT-Lösungen zum Tragen kommt.

Vernetzte Lieferketten und LTE-M: Intelligente Logistik und diebstahlgeschütztes Werkzeug

Long Term Evolution for Machines (LTE-M) zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Reichweite, einen geringen Energieverbrauch und eine niedrige Bandbreite aus. Die Technologie beruht ähnlich wie NB-IoT auf dem LTE-Standard. Trotz dieser Gemeinsamkeit unterscheiden sich die Technologien im Detail: LTE-M ermöglicht eine höhere Datenübertragungsrate von bis zu 1 MB/s und eine geringere Latenzzeit. Im Gegensatz zu NB-IoT ist LTE-M auch für mobile IoT-Anwendungen konzipiert. LTE-M-Geräte können, ähnlich wie Smartphones, verschiedene Mobilfunkzellen durchqueren, während die Verbindung kontinuierlich aufrechterhalten wird.

Gut geeignet ist LTE-M deshalb unter anderem für Anwendungen im Transportwesen oder in der Lieferkettenverfolgung. So können Frachtüberwachungs-Lösungen in Containern Informationen über den Zustand, die Temperatur und die Position der Fracht in Echtzeit übermitteln. Darüber hinaus ermöglicht LTE-M die Übertragung von Sprache. Diese Funktion wird beispielsweise in Sicherheitssystemen von Aufzügen für den Notruf eingesetzt.

Connected Mobility 4G LTE: Autonome Traktoren und sprechende Fahrzeuge

Anders als die beiden LPWAN-Technologien, die für hohe Reichweite und geringen Energieverbrauch optimiert sind, bildet 4G LTE die Grundlage für Anwendungen, bei denen diese Kriterien nicht entscheidend sind. Wie vorherige Mobilfunk-Generationen wird auch 4G über die Mobilfunkmasten der Telko-Unternehmen bereitgestellt. Damit bietet auch 4G LTE hohe Verfügbarkeit und Sicherheit. Die Technologie ermöglicht deutlich höhere Datenraten als die LPWAN-Varianten mit theoretisch bis zu 1 Gbit/s bei einer Latenz von 60 bis 98 ms und bis zu 400 Endpunkten je Mobilfunkzelle, sind dafür aber auch weniger kosten- und energieffizient.

Solche Datenraten sind besonders relevant für Use Cases, bei denen es auf das schnelle Versenden größerer Datenmengen mit geringer Verzögerung bei mobilen Endpunkten ankommt oder die besonders hohe Verfügbarkeit und Verlässlichkeit erfordern. Das sind Use Cases wie Smart Agriculture, Connected Mobility, kritische M2M-Kommunikation oder Autonomous Guided Vehicles in der Intralogistik. Für solche Anwendungsfälle stellen deutsche Mobilfunkunternehmen teilweise dedizierte Campusnetze für Unternehmen bereit, damit eine optimale Dienstgüte – also unter anderem Verfügbarkeit und Performance – sichergestellt werden kann.

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