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„Neue Netze?“ – In Kürze auf den Punkt gebracht – die neuen IoT Maschinennetze

Wenn vom „Internet der Dinge“ die Rede ist, bedeutet dies nicht, dass immer mehr Geräte mit einem bestehenden 2G-, 3G- oder 4G-Netz verbunden werden. Stattdessen entstehen stetig neue Netze, welche spezifische Anforderungen erfüllen. Unternehmen profitieren davon in puncto Sicherheit, Stabilität und Schnelligkeit. Mit einer Neuerung ist Telefónica in Deutschland besonders schnell…

Netz ist nicht einfach Netz. Je nach Aufenthaltsort, Anbieter, Device und Nutzungsart greifen Anwender auf eine andere Netz-Infrastruktur zu. Das rasant wachsende „Internet der Dinge“ bedarf daher neuer Strukturen und Technologien, um neue Formen von Netzverbindungen zu ermöglichen und unterschiedlichsten Anforderungen an diese zu entsprechen.

Die Anforderungen des „IoT“ sind speziell. Die Netzverbindungen müssen nicht nur besonders sicher und stabil sein, sondern – je nach Anwendungsfall – größere Reichweite haben, stärkere Penetration, geringeren Stromverbrauch oder eine höhere Latenz haben.

Unternehmen, die Arbeitsgeräte, Maschinen, Fahrzeuge oder andere Dinge „vernetzen“ und smart vom Bildschirm aus analysieren und steuern wollen, stolpern daher derzeit über diverse „neue Netze“.

Zum besseren Verständnis sollten Sie zunächst folgende, bestehende Mobilfunkstandards kennen:

LTE und 4G

LTE ist der bisher schnellste in Deutschland verfügbare Mobilfunk-Standard. Die Abkürzung steht für Long Term Evolution und die Technologie ist die vierte Generation an Mobilfunkstandards.

Die Weiterentwickelung des Standards ist „LTE-Advanced“ – besser bekannt als 4G. Was LTE-Advanced, oder 4G, auszeichnet, sind vor allem sehr schnelle Empfangs-Datenraten bis zu 600 MBit/s sowie die Kompatibilität mit älteren Standards. Aufgrund seiner hohen Übertragungsraten ermöglicht der Standard ruckelfreien Empfang datenintensiver, hochwertiger Inhalte wie beispielsweise HD-Videos.

Doch der Standard hat auch Schwächen: So hat er einen hohen Energieverbrauch und eine für zahlreiche IoT-Anwendungen zu lange Latenzzeit (= Dauer der Verzögerungen) von durchschnittlich 10 Millisekunden.

5G

Die Weiterentwicklung von LTE-Advanced bzw. 4G ist 5G – und sie ist enorm. Denn 5G ist nicht nur um ein Vielfaches schneller (Datenraten von bis zu 10 GBit/s), sondern hat auch eine deutlich kürzere Latenzzeit (bis zu 1 Millisekunde) und ist deutlich energiesparender (um bis zu 90% weniger Stromverbrauch {LINKTO: https://praxistipps.chip.de/5-g-alle-infos-zum-lte-nachfolger_102844} als 4G).

Gut zu wissen: Der Aufbau eines 5G-Netzes in Deutschland wird einige Jahre dauern. Aber: 5G wird 4G nicht 1:1 ersetzen. Es wird zusätzlich aufgebaut. Denn Geräte und Maschinen, die mit 5G kompatibel sind, sind es auch mit 4G. Daher können bereits heute viele Anwendungsfälle realisiert werden – und später mit 5G erweitert werden.

5G auf dem Vormarsch, z.B. bei dem 5G TechCity-Projekt von Telefónica, Foto: Jörg Borm

Da vernetzte Dinge im „IoT“ möglichst stromsparend, sicher, stabil und mit reduziertem Datenverkehr vernetzt werden sollten, gibt es das so genannte Low Power Wide Area Network (LPWAN):

Low Power Wide Area Network (LPWAN)

Der Name verrät es: Low Power Wide Area deckt mit besonders niedrigem Stromverbrauch große Reichweiten ab. Doch was genau ist es? LPWAN ist letztendlich ein Oberbegriff für alle Netzwerke, die drahtlose Kommunikation ermöglichen und dabei weniger Energie verbrauchen als „klassische“ Mobilfunk-, Satelliten- oder WiFi-Netzwerke.

Neben dem geringen Energieverbrauch zeichnen sie sich durch größere Reichweiten, hervorragende Gebäudedurchdringung und hohe Zuverlässigkeit aus. Außerdem verlängern sie durch ihren niedrigen Energieverbrauch die Batterielebensdauer von Sensoren und Aktoren auf mehrere Jahre.

Wichtig zu wissen: Es gibt eine Vielzahl an Low Power Wide Area Networks – mit einer nahezu ebenso großen Vielzahl an spezifischen Vor- und Nachteilen. Um Standards zu schaffen, die über Länder und Kontinente hinweg Kompatibilität gewährleistet, wurde die Initiative 3GPP (Third Generation Partnership Project) gegründet. Ihr Ziel: die technischen Spezifikationen für Mobilfunknetze der 3. Generation in Europa, USA und Asien weiterzuentwickeln und zu konsolidieren.

Als erster Telekommunikationsanbieter Deutschlands bietet Telefónica Deutschland zwei dieser von der 3GPP standardisierten LPWAN-Standards an. Der Vorteil für Business-Kunden: Ihnen eröffnet sich dadurch schon jetzt ein deutlich größeres IoT-Anwendungsfeld. Denn beide Standards haben starke Vor- und Nachteile:

Perfekt für bewegliche Anwendungen: LTE-M (Cat-M1)

Wie der Name bereits verrät, basiert LTE-M auf dem LTE-Mobilfunknetz – also 4G. Es ist eine Parallelentwicklung zu Narrowband-IoT und erfüllt alle Anforderungen an ein hochperformantes LPWAN. Vorteile gegenüber Narrowband-IoT liegen in erster Linie in einer größeren übertragbaren Datenmenge und einer kürzeren Latenzzeit (Verzögerung). Die Nachteile hingegen in etwas höherem Energieverbrauch.

Einsatz findet die Technologie daher vor allem bei datenintensiven IoT-Anwendungen aus den Bereichen Home Security oder Wearable Devices. Auch Anwendungen, die Sprachübermittlung benötigen, sind mit LTE-M realisierbar und nicht mit Narrowband-IoT.

Ideal für stationäre Niedrigenergie-Anwendungen: Narrowband-IoT (Cat-M2)

Was spricht also für die zweite LPWAN-Alternative? Die Antwort ist einfach: Es gibt eine schier endlose Anzahl an IoT-Anwendungen, bei denen nur periodisch kleine Datenmengen/Informationen übertragen werden. Bei diesen sind eine höhere Penetration und noch geringerer Energiebedarf die wichtigsten Entscheidungskriterien.

So kommt etwa bei Smart Meter Anwendungen Narrowband-IoT häufig zum Einsatz. Füllstände, Belegungsinformationen oder Lagerbestände werden hierbei in kurzen Zeitabständen und mit geringstem Energieaufwand aus der Ferne überwacht.

Um ein möglichst breit gefächertes IoT-Anwendungsfeld abzudecken, setzt Telefónica sowohl auf LTE-M als auch NB-IoT. Der Einsatz von Sensoren, Messdatenerfassung, Überwachung, Tracking, Bewirtschaftungssystemen und vieles mehr ist damit wirtschaftlich, stabil und über große Entfernungen und längere Batterielaufzeiten hinweg realisierbar.

Unser IoT-Experte Jürgen Pollich empfiehlt IT-Entscheidern:

„Sie sollten besonderen Wert auf eine möglichst langfristige Investitionssicherheit legen. Diversifikation kann zu einer finanziell schwer kalkulierbaren Belastung werden. In diesem Fall bedeutet das: Bei der Wahl zwischen LTE-M und NB-IoT sollten vor einer finalen Entscheidung die Vor- und Nachteile der einzelnen Übertragungsmethoden sehr genau gegeneinander abgewogen werden. Außerdem sollten Sie auf Technologie setzen, deren Anwendungen von einer breit aufgestellten Nutzer- und Entwickler-Community vorangetrieben wird oder für die bereits eine breite Marktdurchdringung vorhanden ist.“

Jürgen Pollich (Head of Business IoT/M2M & Fixnet Connectivity, Telefónica Deutschland)

PRAXIS-TIPP

In Administration und Management der IoT-Anwendung ist zum Beispiel die IoT-Plattform KITE eine breit aufgestellte und langfristig wie vielseitig einsetzbare Softwarelösung. Sie deckt das gesamte Mobilfunk-Technologiespektrum (2G, 3G, 4G, NB-IoT und LTE-M) ab und lässt so die gesamte IoT-Lösung inklusiver aller Geräte, Datenübermittlungen und Anwenderrollen zentral konfigurieren, verwalten und analysieren.