Der große Überblick über Connectivity-Technologien

Wer mehrwertorientierte IoT-Lösungen entwickeln möchte, muss alle Komponenten perfekt aufeinander und auf den jeweiligen IoT-Use-Case abstimmen – am besten kostengünstig. Das betrifft nicht nur Hardware, Software oder Plattform, sondern auch die geeignete Connectivity-Technologie. Immer öfter sollen Informationen über verteilte Sensoren und Entfernungen hinweg ausgetauscht werden. Kabel und auch WiFi bieten bei weitem nicht die Flexibilität, die zum Beispiel Mobilfunk bietet. Doch Funktechnik ist nicht gleich Funktechnik und die Auswahl ist komplex. Wir geben einen Überblick über die verschiedenen Connectivity-Lösungen und für welchen IoT-Anwendungsfall sie sich anbieten.

“Low Power Wide Area” LPWA-Netzwerk-Technologien sind für IoT gemacht

Wie der Name es verrät, eignen sich LPWA-Technologien (Low Power Wide Area Network) besonders zur Vernetzung von Geräten über große Entfernungen hinweg, die auf Energieeffizienz angewiesen sind. Zu LPWAN-Funktechniken zählen etwa LoRaWAN und NB-IoT. Beide Protokolle können kleine Datenmengen schnell und effizient übertragen und schaffen eine gute Voraussetzung für kostengünstige, batteriebetriebene IoT-Anwendungen. Doch auch wenn beide Technologien LPWA-Netze sind, unterscheiden sie sich und bieten sich für unterschiedliche Strategien an.

Zusammengefasst lässt sich sagen: LPWA-Netze sind für IoT-Anwendungen bestens geeignet, bei denen es auf Reichweite und Durchdringung, aber einen geringen Stromverbrauch ankommt – weil z. B. keine externe Stromversorgung möglich ist und auf Batterien gesetzt wird. Da viele der IoT-Anwendungsfälle auch nur wenige Datenpakete pro Sekunde brauchen, kann der geringe Datendurchsatz oft akzeptiert werden – er muss aber natürlich vor einem Einsatz bedacht werden. Aufgrund der höheren Latenz sind diese Lösungen auch nicht optimal für Anwendungen, bei denen es auf Übertragung in Echtzeit ankommt. Sind kleine Datenmengen und höhere Latenz zu verkraften, fragt sich nun, ob sich eher LoRaWAN oder NB-IoT anbietet. Dies entscheidet sich wie so oft bei jedem Szenario neu. NB-IoT bietet eine höhere Zuverlässigkeit und Sicherheit. Doch wo das Netz noch fehlt und wenn es nur seltene Kommunikationsanforderungen gibt, kann auf LoRaWan gesetzt und ein eigenes, regionales Netz aufgebaut werden.

5G verspricht Konnektivität ohne Grenzen – bei hohem Energieverbrauch

Basis für das Internet der Dinge bildet häufig das weltweit verfügbare Mobilfunknetz. Große Datenpakete können übertragen werden, was jedoch auch zu höheren Kosten und Energieverbrauch führt. Die alten Standards 2G (GSM-Standard) und 3G (UMTS-Standard) werden immer weniger relevant. Sie reichen für unsere avisierten IoT-Szenarien nicht mehr aus und werden teilweise auch zurückgebaut. 4G bzw. LTE bietet stattdessen gute Datenraten, sodass sich viele IoT-Szenarien damit verwirklichen lassen.

Als Optimierung von LTE gilt das neue mobile Breitbandnetz 5G – 4G on steroids: Noch schneller und verbindungssicherer für verzögerungsfreie Use-Cases.

Mobilfunk wie 4G oder 5G kommen zum Einsatz, wenn viele Daten transportiert werden müssen und es auch auf Geschwindigkeit ankommt. 5G ist vor allem dann die richtige Wahl, wenn maximale Performance gefordert ist. Denn Effizienz oder der Energieverbrauch treten in den Hintergrund, wenn es um kritische IoT-Anwendungen geht. Als Beispiel dient das autonome, vernetzte Fahren, bei dem eine Reaktion in Echtzeit, also eine geringe Latenz ganz entscheidend wird. Das wird nur mit 5G gehen. Doch auch 4G kann sich immer noch für viele Strategien anbieten, etwa für Dronen, Smarte Agrarwirtschaft oder Infotainment-Anwendungen. Zukunftsfähig sind beide Technologien. Netze können zwar abgeschaltet werden, um Frequenzen für die neuen Technologien freizumachen; bis das für 4G eintritt, könnten aber noch einige Jahre vergehen. Wahrscheinlicher ist, dass 4G und 5G nebeneinander existieren.

Bei geringer Reichweite bieten sich WiFi, Bluetooth oder Zigbee an

Im privaten Bereich, Zuhause oder im Büro, bieten sich auch WiFi oder Bluetooth zur Vernetzung von IoT-Geräten an. Hier müssen vernetzte Geräte keine großen Reichweiten überbrücken und die nächste Steckdose ist nicht weit. Denn diese Funktechnologien übertragen Daten schnell bei geringeren Distanzen und höherem Stromverbrauch.

Wenn es doch ein wenig stromsparender sein darf, werden im Internet der Dinge Bluetooth Smart (oder Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE) oder Bluetooth-Mesh, zum Beispiel Wirepas – auf Bluetooth Low Energy basierend, eingesetzt. Bei Mesh-Netzwerken ist jedoch eine hohe Senderdichte erforderlich. Auch Zigbee, als stromsparender WiFi-Standard, findet Verwendung bei speziellen Anwendungen – besonders im Smart-Home-Bereich, hier war IKEA einer der großen Treiber.

NFC und RFID: Kein Energieverbrauch bei sehr kurzen Distanzen

Radio-frequency Indentification (RFID) ermöglicht das kontaktlose Übertragen von Daten über Radiowellen. NFC, Near Field Communication, basiert auf RFID-Protokollen. Durch die Technologie ist eine Kommunikation zwischen einem Tag ohne Stromversorgung und einem elektrisch-betriebenen Lesegerät, z. B. einem Smartphone, möglich. Das Smartphone als aktives Gerät induziert die benötigte Spannung und koppelt so die Objekte. Daher benötigt ein NFC-Chip keine eigene Energiequelle, funktioniert aber auch nur bei sehr geringen Distanzen von unter 10 cm.

NFC-Technologie ist auch nicht-Technikern bekannt. Sie begegnet uns zum Beispiel beim kontaktlosen Zahlen. Aber auch Hersteller haben die Vorteile für sich erkannt. So hat Tubolito dank NFC den MTB-Schlauch ans Internet der Dinge angebunden. Mit dem Smartphone sollen Mountainbiker den Reifendruck einfach und schnell überprüfen können – ganz ohne extra Batterie.

Satellitengestützte Netzwerke für nicht-terrestrische Abdeckung

Was, wenn Orte so abgelegen sind, dass kein Netzwerk vorhanden ist? Oder weite Distanzen über Meere und die Luft zurückgelegt werden müssen? Für diese Fälle können satellitengestützte Datenanbindungen helfen.

Ein Beispiel: An einer satellitengestützten LoRaWAN-Datenanbindung für die globale Vernetzung von IoT-Geräten arbeiten Semtech und EchoStar Mobile. Es soll ein IoT-Konnektivitätsdienst entstehen, der kostengünstig, satellitenbasiert, bidirektional und ich Echtzeit funktioniert.

Auch das noch nicht fertig ausgebaute, aber bereits vielversprechende Netzwerk Starlink von SpaceX verspricht gute Internetverbindungen in den fernsten Regionen der Erde. Hier bleibt abzuwarten, wie sich das Angebot weiter entwickeln wird.

YouTube

Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren

Video laden

Unser the_thing Fazit

Neue Entwicklungen in der IoT-Industrie werden immer wichtiger, je weiter die Technologie voranschreitet. Das Internet der Dinge wird mit neuen Technologien wie 5G weiter wachsen, aber jeder Anwendungsfall ist anders. Daher sollten Unternehmen bei der Entscheidung über Konnektivitätslösungen für ihr Unternehmen berücksichtigen, was sie benötigen. the_thing kann bei diesen Entscheidungen fundiert unterstützen und bietet sowohl Beratung als auch Realisation von IoT-Projekten an.