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Die Evolution für die breite IoT-Masse

»LTE der Kategorien NB1 und M1!«

17. April 2018, 14:23 Uhr | Karin Zühlke

550 Meter Reicherweite erzielte die Verbindung mit 1 Mbit/s, 8 dBm und Verwendung der integrierten PCB-Antenne

Dem Konsumenten-Wunsch nach höheren Datenübertragungsraten von IoT-Geräten eröffnet Bluetooth 5 neue Möglichkeiten, die Rutronik in einer Bachelorarbeit unter die Lupe genommen hat. Parallel läuten die Kategorien NB1 und M1 bei LTE die nächste Evolutionsstufe ein.

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Als IoT-Standards haben sich inzwischen WiFi und ganz besonders Bluetooth Low Energy (BLE) etabliert. Während WiFi-Geräte meist an einem festen Platz stehen und einen benachbarten Access-Point als Gateway nutzen, verbinden sich BLE-Geräte mit Smartphones, die die benötigte Internetversorgung bereitstellen.

Bluetooth 5: Mehr Reichweite …

Mit dem Long-Range-Modus ermöglicht Bluetooth 5 Reichweiten von über einem Kilometer – so die Aussagen der Modul- und Chiphersteller. „Diese Angabe haben wir im Rahmen einer Bachelorarbeit dem Realitätstest unterzogen“, berichtet Sarah Brucker, Produktmanagerin für Wireless-Technologien von Rutronik. Gemeinsam mit Ingenieuren des Rutronik-Wireless-Competence-Centers hat ein Elektrotechnikstudent mit dem nRF52840-PDK von Nordic Semiconductor gemessen, welche Reichweite sich mit Bluetooth 5 tatsächlich erzielen lässt. Das Ergebnis: Mit 1 Mbit/s, 8 dBm und Verwendung der integrierten PCB-Antenne konnte noch eine Verbindung sicher aufgebaut werden bis zum praktischen Horizont der leicht hügeligen Umgebung – das waren 550 Meter. Ein baldiges Firmware-Update, das auch ein Advertising bei 125 kbit/s ermöglichen soll, wird die Entfernung noch erheblich erhöhen.

„Mit dem Long-Range-Modus ist Bluetooth 5 auch für Agrarsensoren oder Gebäudetechnik interessant, wo bisher Sub-GHz-Technik zum Einsatz kommen musste. Damit entfallen die Nachteile von Sub-GHz, wie Einschränkungen in der Bandbreite und somit der Anzahl an parallelen Übertragungskanälen, unterschiedliche Frequenzen je Kontinent, ein eingeschränkter Duty-Cycle, eine in der Regel rechenaufwendige Protokollumsetzung, Störanfälligkeit und geringe Übertragungsrate – gute Argumente, wegen denen Bluetooth 5 sich bei vielen IoT-Anwendungen durchsetzen wird“, ist Sarah Brucker überzeugt.

… oder höhere Datenraten

Ein weiterer Betriebsmodus bei Bluetooth 5 erlaubt Datenraten bis zu 2 Mbit/s und somit hochqualitative Audioübertragungen oder mäßig aufgelöstes Videostreaming, ausreichend für digitale Türspione oder Kühlschrankkameras. „Hierfür wäre die Energieaufnahme von WiFi zu hoch, denn solche Kameras haben oft keine Festspannungsversorgung. Zudem ist der aufwendige Transceiver-Aufbau eines WiFi-Moduls erheblich teurer als die Bluetooth-Lösung“, erläutert Sarah Brucker. „Doch auch wenn die Neuerungen das Anwendungsgebiet von Bluetooth erweitern: Der Weisheit letzter Schluss sind sie nicht!“

Klassischer Mobilfunk

Die dritte Möglichkeit neben einem WiFi-Access-Point und dem Smartphone via Bluetooth ist die direkte Verbindung des IoT-Geräts mit einer Mobilfunkzelle, also dem MNO (Mobile Network Operator) als ISP (Internet Service Provider). „Das funktioniert zum Beispiel bei Fuhrparküberwachungssystemen sehr gut, bei anderen Anwendungen weniger. Zum Beispiel bei smarten Halsbändern, mit denen sich das Haustier orten lässt, reicht eine Akkuladung nur für einen ausgedehnten Spaziergang. Andere Einstellungen für eine längere Betriebszeit bedeuten automatisch Einschränkungen in der Funktionalität“, beschreibt die Wireless-Expertin.