Wenn LPWAN an die Grenze stößt
NB-IoT gibt Gas
Die Mobilfunk-Anbieter wollen mit Narrowband-IoT (NB-IoT) bei der Vernetzung des Internets der Dinge (IoT) mitmischen. Auf der Device-Seite bekommen sie Unterstützung durch ublox und Sierra Wireless.
NB-IoT ist eine Funktechnik aus der LTE-Familie und nutzt entweder den Bereich zwischen Up- und Downlink eines LTE-Kanals (Guard-Band) oder eine 200-kHz-Lücke im Frequenzbereich eines LTE-Trägers. Das bestehende LTE-Equipment kann – nach kleineren Anpassungen – damit auch robuste Verbindungen für Geräte anbieten und das mit einem deutlich geringeren Leistungsverbrauch als eine Standard-LTE-Verbindung. Im Vergleich zu klassischen LPWANs wie LoRa oder Sigfox ist die Leistungsaufnahme aber höher und die Reichweite geringer – dafür gibt es aber mit bis zu 250 kbit/s deutlich mehr Bandbreite in beiden Richtungen.
Technisch gesehen ist NB-IoT eigentlich keine Konkurrenz zu LPWAN, sondern eher ein komplementäres Angebot für bandbreitenhungrige Anwendungen, allerdings fürchten viele kleinere Anbieter, dass die großen Netz-Provider das IoT-Geschäft für sich vereinnahmen wollen. »Wir legen ein neues Netz über Deutschland und bauen die Infrastruktur für das Internet der Dinge«, erklärte unlängst Dr. Eric Kuisch, Geschäftsführer Technik bei Vodafone Deutschland, selbstbewusst. Im Dezember 2017 hat Vodafone den deutschlandweiten Ausbau des Maschinennetzes in Düsseldorf gestartet. Bis September 2018 soll die neue Technologie in ganz Deutschland funken und kann dann bis zu 4 Milliarden Gegenstände verbinden. Ähnlich beeindruckend auch die Zahlen der Deutschen Telekom, die NB-IoT in inzwischen mehr als 600 deutschen Orten verfügbar gemacht hat und bis zur Jahresmitte auch in den USA flächendeckend installieren will. Beide Netzanbieter sprechen dabei gerne von „Maschinennetz“ und nennen das Auslesen von Smart Metern und das Schalten von Laternen als Beispielanwendungen – und damit genau die Applikationen, die auch die LPWANs adressieren.
Die Anbieter von NB-IoT-Baugruppen kennen die technischen Grenzen der einzelnen Technologien und bemühen sich daher, die Skalierbarkeit ihrer eigenen Produkte herauszustellen. So rät beispielsweise Sierra Wireless den Entwicklern, ihre Projekte jetzt mit LPWAN-Modulen im sogenannten CF3-Formfaktor zu starten und in Zukunft zu 3G- oder 4G-Netzwerken zu wechseln, wenn die Anwendung eine leistungsfähigere Konnektivität benötigt. Zum Teil ist der Wille zur Austauschbarkeit auch den unterschiedlichen Standardisierungsbemühungen geschuldet. So hat beispielsweise die Standardisierungsorganisation 3GPP in ihrem Release 13 gleich drei relativ schmalbandige Technologien definiert, die interessant für IoT-Anwendungen sein könnten: LTE Cat NB1 (NB-IoT), LTE Cat M1 (eMTC) und EC-GSM-IoT. Sich nur auf eine Technologie und ein Netz festzulegen ist vielen Anbietern zu unsicher.
So bietet Sierra Wirelessmit „AirPrime HL7802“ das nach Unternehmensangaben kleinste Multi-Mode-LPWAN-Modul an und hat es gleich für LTE-M-, NB-IoT-, 2G- und GNSS-Netzwerke ausgelegt. Das Modul für weltweite Cat-M1-/NB1-Netzwerke mit 2G-Fallback ist vollständig kompatibel mit dem 3GPP-Release-13-Standard. Darüber hinaus ist es Release-14-bereit und unterstützt NB2-Funktionen in der Zukunft sowie die nahtlose Integration mit der „AirVantage“-M2M-Cloud. Mit einer Download-Geschwindigkeit von bis zu 300 kbit/s und einer Up-load-Geschwindigkeit von 375 kbit/s ist dieses Modul für einfache statische Sensoranwendungen geeignet sowie für stationäre oder mobile Echtzeitanwendungen wie Asset-Tracking und -Überwachung, Industrieausrüstung, Verbraucher-Wearables, Smart City, Gesundheitswesen und landwirtschaftliche Überwachungsgeräte.
Mit „AirLink LX60“ bietet Sierra Wireless auch gleich den dazu passenden, Cloud-gemanagten LPWAN-Mobilfunkrouter an. Mit LTE Cat 4, LTE-M und NB-IoT ist er für kommerzielle und Unternehmensanwendungen einsetzbar. Der LX60 bietet „Out-of-the-box“-Konnektivität, die einfach zu installieren und zu verwalten ist und Anwendungen oder Unternehmen mit einer primären oder Backup-LTE-Verbindung versorgt. Der LX60 unterstützt das praxiserprobte „Aleos“-Application-Framework für Embedded-Anwendungen sowie integrierte Cloud-Services und APIs. Diese Funktionen, kombiniert mit LTE-M-/NB-IoT-Konnektivität und einer Vielzahl von I/O-
Optionen für Datenerfassung und Sensor-aggregation, ermöglichen die direkte Ver-arbeitung kritischer Daten an der Peripherie, um die Datenübertragung zu optimieren.
Als Teil der neuen AirLink-Essential-Serie von Routern und Gateways ist der LX60 in zwei Varianten verfügbar: LTE-M/NB-IoT (bis zu 300 kbit/s Downlink) für mehr Reichweite und LTE Cat 4 (bis zu 150 Mbit/s Downlink) für höheren Durchsatz. Er verfügt über zwei Gigabit-Ethernet-Ports, LAN/WAN-Umschaltung für primäre und Backup-Konnektivität sowie RS-232-, RS-485- und I/O-Ports, sodass bestehende Maschinen ohne zusätzliche Adapter und Konverter einfach angeschlossen werden können. Die LTE-Cat-4-Variante ist mit optionalen WLAN- und GNSS-Funktionen erhältlich und eignet sich für die Verbindung von Einzelhandels- und kommerziellen Flottenanwendungen.
Auch andere Anbieter wie u-blox mit dem Modul Sara-R410M-02B lassen Anwendern die Wahl zwischen LTE Cat M1 und NB-IoT. Das Modul nutzt ein Multiband-RF-Front-End, um bis zu sechzehn LTE-Bänder in einer einzigen Hardware-Version zu ermöglichen, was die verschiedenen weltweiten Implementierungen erheblich vereinfacht und eine hohe Betriebseffizienz ermöglicht. LTE-Bänder können so auf der Grundlage sich ändernder Kriterien, wie der Einrichtung von Roaming-Vereinbarungen zwischen den Betreibern, aktiviert oder deaktiviert werden. Die Flexibilität geht noch weiter durch die Systemauswahl der Funkzugangstechnik (RAT) als Einzel- oder Vorzugsverbindung.
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