Mobilfunknetze für das Internet der Dinge – LPWAN
LPWAN steht für Low Power Wide Area Networks und bezeichnet Netzwerktechnologien, welche für drahtlose Datenkommunikation mit sehr geringem Energieverbrauch spezifiziert wurden. NB-IoT (Narrow Band IoT) und LTE-M (Long Term Evolution for Machines) zählen zu den führenden LPWAN-Technologien. Beide basieren auf der 4G-Technoloige und werden künftig Teil des 5G-Standards sein.
Die passende LPWAN-Technologie je nach IoT-Anwendung.
NB-IoT und LTE-M ermöglichen eine Vielzahl von IoT-Anwendungen bei denen es um geringe Betriebskosten, hohe Reichweite, niedrigen Energieverbrauch und eine gute Gebäudedurchdringung geht. Ob für Zähleranwendungen (Wasser, Gas oder Strom), Telemetrie zur Erfassung von Umweltdaten, Asset Tracking in der Logistik, Sensorik in der Abfallwirtschaft oder Gebäudeautomation: Überall dort, wo Funkmodule regelmäßig über eine lange Zeit – oftmals ohne externe Stromquelle – kleine Datenmengen bspw. zur Position, Verbrauch, Zustand oder Temperatur übertragen müssen, ist NB-IoT oder LTE-M eine gute Wahl. Im Gegensatz zu anderen LPWA Technologien – wie Sigfox und LoRaWan – sind sie durch das 3GPP Gremium normiert. Dies bedeutet, dass die Funktechnologie standardisiert und durch Roaming-Abkommen zwischen den Mobilfunkanbietern auch weltweit genutzt werden können.
Was ist der Unterschied zwischen NB-IoT und LTE-M?
Narrow Band IoT, eignet sich vor allem aufgrund seiner hohen Reichweite und energieeffizienten Betrieb für die Vernetzung von IoT-Sensoren zur Erfassung von einfachen Messdaten und Fernauslesung an abgelegenen Standorten. NB-IoT ist auf reine Datenkommunikation ausgelegt, daher ist eine Sprachübertragung nicht möglich. NB-IoT hat zudem sehr gute Gebäudedurchdringung und kann so u.a. auch Wasserzähler in Schächten, Kellern oder andere tief im Untergrund verbaute Sensorik zuverlässig vernetzen.
Zwar ist Narrow Band IoT für den stationärem Einsatz optimiert, für viele IoT-Anwendungen ist jedoch nicht immer eine durchgehende Datenübermittlung zwingend notwendig, wodurch NB-IoT auch bei beweglichen Objekten (z.B. Lokalisierung von Ladungsträgern oder Containern) genutzt werden kann. Im Gegensatz zu 2G, 4G und LTE-M unterstützt die NB-IoT Funktechnologie keinen nahtlosen Übergang beim Wechsel zu einer anderen Mobilfunkzelle (Handover), wodurch bei einem Zellwechsel die IoT-Sensorik/Gerät eine neue Verbindung aufgebaut werden muss.
Zur Übertragung von Echtzeitdaten oder zeitkritischen Alarmmeldungen eignet sich NB-IoT weniger gut, da die Latenz von bis 10 Sekunden recht hoch sein kann. Viele IoT-Anwendungen erfordern keine unmittelbare Analyse der Daten und tolerieren somit auch höhere Latenzzeiten. Im Vergleich zu LTE-M ist NB-IoT ist primär für einfachere IoT-Geräte und vernetzte Sensorik konzipiert, die nur selten eine Interaktion mit dem Mobilfunknetz erfordern und kleinere Datenpakete übertragen.
LTE-M schlägt die Brücke zwischen Effizienz und Leistung. So ermöglicht LTE-M im Gegensatz zu NB-IoT mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 1Mbit/s (Uplink) eine deutlich höhere Datenrate. Gleichzeitig beherrscht LTE-M den nahtlosen Funkzellen-Wechsel (Handover) und kann somit genauso für mobile Anwendungen zur Verfolgung von Dingen eingesetzt werden wie für stationäre IoT-Lösungen. Dazu zählen bspw. GPS-Tracker mit Standort- und Bewegungsdaten als auch intelligente Gebäudelösungen zur Steuerung der Haustechnik bei denen oftmals eine schnellere Datenübertragung benötigt wird, was mit NB-IoT nicht vorgesehen ist.
Durch die kurze Latenzzeit von 10-15ms ist LTE-M somit besser für Anwendungen geeignet, bei denen es darum geht, genaue Zustandsinformationen zu erhalten oder Alarm-/Störmeldungen möglichst unmittelbar zu verarbeiten. Die höhere Performance und die geringere Latenz bedingen allerdings einen etwas höheren Energieverbrauch. LTE-M ist ebenfalls auf Datenkommunikation optimiert, bietet allerdings auch die Möglichkeit der Sprachübertragung und Versand von SMS.
Im Vergleich zu NB-IoT ist LTE-M mehr für komplexere IoT-Geräte und vernetzte Sensorik konzipiert, die eine häufigere Interaktion mit dem Mobilfunknetz erfordern und mittelgroße Datenpakete übertragen.
Bei beiden LPWAN-Netztechniken können Anwender entscheiden in welchen Zeitabständen ein Gerät aus dem Ruhemodus erwacht und Daten übermittelt. Je nach Geräte-Konfiguration der Energiesparfunktionen lassen sich mit dem Power Safe Mode (PSM), erweiterter diskontinuierlicher Empfang (eDRX) oder Release Assistance Indication (RAI) langlebige IoT-Lösungen mit einer theoretischen Batterie-Haltbarkeit von mehr als zehn Jahren ohne Tausch realisieren. Insgesamt bieten LPWAN-gestützte Funkmodule eine höhere Reichweite als die Mobilfunktechnologien 2G, 3G oder 4G. Damit einhergehend ist jedoch eine niedrigere Datenrate, wodurch es bei beiden Funktechniken nicht möglich ist große Datenmengen in kurzer Zeit zu übertragen. Sowohl NB-IoT als auch LTE-M werden in der 5G-Netzspezifikation der 3GPP einfließen und die zentralen Technologien für mMTC-Anwendungsfälle im Massive IoT Kontext sein. Sie sind somit zukunftssicher und für den langfristigen Einsatz von IoT-Anwendungen in der vernetzten Welt von Morgen geeignet.
Welche Netzwerktechnologie ist die richtige für Ihre IoT-Anwendung?
Mobilfunktechnologien eigenen sich vor allem für die kostengünstige und zuverlässige Übertragung von Daten über einen größeren Versorgungsbereich. Eine pauschale Aussage zur Art der Technologie, ob 2G, 4G, NB-IoT oder LTE-M lässt sich aufgrund ihrer individuellen Eigenschaften nicht auf Anhieb treffen. Jeder IoT Use-Case hat zudem unterschiedliche Anforderungen und Bedürfnisse. Neben kommerziellen Aspekten sind dabei auch technische Fragestellungen bei der Wahl der richtigen Funktechnologie passend zum Use-Case relevant:
- Wo sind die Geräte geografisch im Einsatz?
- Werden die Geräte stationär oder auch mobil eingesetzt?
- Welche Art an Daten soll übertragen werden (u.a. Software-Update ja/nein)?
- Wie zeitkritisch ist die Übertragung der Daten?
- Welche Übertragungsgeschwindigkeit wird benötigt?
- Welche Datenmenge soll mit welcher Häufigkeit übermittelt werden?
- Wie erfolgt die Energieversorgung der Geräte?
- Welche Zusatzdienste (u.a. Sprache, SMS) sind für die IoT-Anwendung erforderlich?
- Welche Netztechnologien unterstützen die Funkmodule?
Vergleich zwischen den Funktechnologien
Um Geschäftskunden die Vernetzung mit dem Internet der Dinge nicht unnötig zu verkomplizieren, sind in all unseren IoT-Tarifen die Übertragungstechnologien 2G, 4G, NB-IoT und LTE-M inbegriffen. Sie erhalten so maximale Flexibilität bei der Planung und Betrieb ihrer IoT-Lösungen.
Sie haben Fragen zu den Netztechnologien für Ihre IoT-Anwendung? Kontaktieren Sie uns und sprechen mit einem unserer IoT-Experten. Gerne beraten wir Sie persönlich.
