Schmales Band – große Anwendungsbreite
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Schmales Band – große Anwendungsbreite

Schmalband-Netze sprießen wie Pilze aus dem Boden. Die Übertragungstechnik Narrowband-IoT punktet mit Trümpfen wie niedrigen Kosten und hoher Netzabdeckung bei maximaler Sicherheit. Mit vernetzten Anwendungen auf NB-IoT-Basis nimmt das Internet der Dinge immer mehr Gestalt an.

Ob Autos, Parkplätze, Gas-, Strom- und Wasserzähler, Straßenbeleuchtungen, Industrieanlagen, Container oder gar Mülltonnen: Die Vernetzung von „Dingen“ scheint keine Grenzen mehr zu kennen. Schon 2020 sollen weltweit mehrere Milliarden Endpunkte im Internet der Dinge (IoT) in Betrieb sein – an optimistischen Prognosen von Marktforschern herrscht kein Mangel. Eine wichtige Rolle soll hierbei der Übertragungstechnik NarrowBand-IoT (NB-IoT) zukommen. NB-IoT ist eine Erweiterung des LTE-Standards, der hohes Marktpotenzial zugeschrieben wird. Mit seinem breiten Anwendungsspektrum gilt Schmalband als geeignet, dem Internet der Dinge zum Durchbruch zu verhelfen.

Schneller heißt nicht immer besser

Steht bei herkömmlichen Mobilfunkanwendungen ein möglichst hohes Übertragungstempo im Vordergrund, sind bei den meisten  IoT-Anwendungen vor allem die folgenden fünf Anforderungen zu beachten: Größtmögliche Netzabdeckung, robuste Übertragung, maximale IT-Sicherheit, geringstmöglicher Stromverbrauch und minimale Kosten.

Hohe Datenraten spielen dabei keine Rolle. Vielmehr muss auch unter schwierigen Bedingungen, etwa in Gebäuden, eine zuverlässige Übertragung möglich sein. Dafür sorgen Funkverbindungen, die über ein so genanntes „Low Power Wide Area Network laufen LPWAN. Mit NB-IoT (auch als LTE Cat-NB1 bezeichnet) konkurrieren die proprietären Technologien LoRaWAN (Long Range WAN) und UNB/Sigfox auf dem Markt der Schmalband-Übertragung.

Telekom & Co. kündigen Ausbau von Schmalbandnetzen an

Der Vorteil für die Mobilfunkbetreiber: Sie können ihre vorhandene LTE-Infrastruktur – wie Basisstationen und Gateways – zur Bereitstellung von IoT-Services nutzen und IoT-Funktionen einfach in bestehende Netze integrieren. Um Basisstationen mit den neuen Funktionalitäten auszustatten, genügt ein Software-Update. Die Deutsche Telekom ist einer der Hauptakteure im NB-IoT-Markt und hat bis Ende 2018 eine deutschlandweit flächendeckende Anbindung an NB-IoT angekündigt. Die Konkurrenten Vodafone und Telefónica setzen ebenfalls auf die Narrowband-Technik.

Wie das QSC-Tochterunternehmen fonial in einem Blogbeitrag beschreibt hat die Telekom ihr Schmalbandnetz bereits in ca. 300 Orten in Deutschland ausgebaut und die Niederlande flächendeckend mit NB-IoT angebunden, als nächstes stehen Österreich, Griechenland, Polen, Tschechien, Slowakei, Ungarn und die USA an. Vodafone begann seinen Ausbau am Firmensitz in Düsseldorf und will bis Ende März 2018 13 hiesige Metropolen mit einem Schmalband-Maschinennetz ausstatten. Telefónica hat NB-IoT im Pilotnetz des 4,5 G Forschungs-Projektes „Tech City“ in München Anfang 2017 implementiert und arbeitet daran, die Technologie auszurollen. Zudem testete Telefónica die NB-IoT-Technologie in einem Projekt in Chile flächendeckend an smarten Wasserzählern.

Smarte NB-IoT-Lösungen im Praxisbetrieb

Anwendungsfelder für NB-IoT gibt es in Hülle und Fülle:

  • Smart Metering – etwa Messdatenerfassung, Auslesen von Gas-, Wasser- und Stromzählern
  • Smart Farming – unter anderem Viehhaltung, Überwachung des Bodenzustands und der Gewässerverschmutzung
  • Smart Buildings – etwa Alarmsysteme, Hausnotruf, Zugangskontrollen, Fahrstuhlsysteme
  • Smart Cities – beispielsweise Straßenbeleuchtung, Parkleitsysteme, Abfallmanagement
  • Gesundheitswesen – Fernüberwachung von Patientendaten, Fitness-Tracking

Eine ganze Reihe von NB-IoT-Anwendungen laufen bereits im Praxisbetrieb – so etwa Staubsauger, die selbstständig neue Filterbeutel bestellen, oder Mülltonnen, die sich melden, kurz bevor ihr maximaler Füllstand erreicht ist und  die nächste Leerung ansteht. In einigen Großstädten informieren bereits Smart-Parking-Services Autofahrer in Echtzeit über freie Parkplätze. Mittels einer fest im Rahmen verbauten IoT-SIM-Karte plus Telematik-App schlagen „intelligente“ E-Bikes Alarm, falls sie gestohlen werden.

NB-IoT für Ackerbau und Viehzucht

Auch Feld, Wald und Wiesen profitieren von der Schmalbandanbindung. Die Monitoring-Lösung „Bee & Mee“ untestützt Bienenzüchter bei der Bienenhaltung mithilfe von Sensoren, die Bewegungen, Geräusche und andere Daten der Bienenvölker in den Bienenstöcken aufzeichnen. „Moocall“ bezeichnet einen mit IoT-SIM-Karte ausgestatteten Sensor, der am Schwanz einer trächtigen Kuh befestigt wird. Moocall  bemerkt besondere Bewegungen während der Wehen und alarmiert den Bauern rechtzeitig per SMS über die bevorstehende Geburt. Darüber hinaus helfen weitere Sensoren Landwirten, Bodenwasserverfügbarkeit, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit sowie den Stickstoffgehalt zu messen und den Erntezeitraum zu ermitteln.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für NB-IoT finden sich in der digitalen Beschilderung (digital signage) und Außenwerbung mit ihren Werbe- und Informationssystemen, elektronischen Plakaten und Wegweisern. So unterstützt Digital Signage etwa Geschäfte dabei, Waren mit Regalen und Informationen energieeffizient über Schmalbandnetze zu verknüpfen.

Sparsam und zuverlässig – die Vorteile von Schmalband im Internet der Dinge

Eine Übertragungsrate von 250 Kilobit pro Sekunde klingt nach wenig bis nichts – und ist doch vollkommen ausreichend für die Übermittlung der meisten Daten im IoT, wenn es um Zustände wie „An“/“Aus“, „Warm“/“Kalt“, „Hell“/“Dunkel“ oder „Voll“/“Leer“ geht. In solchen Anwendungsfällen reicht es fast immer aus, wenn eine stündliche, tägliche oder sogar wöchentliche Zustandsmeldung verschickt wird – und dafür sind keine komplexen Funkchips erforderlich, die eine Menge Geld kosten und vergleichsweise viel Strom benötigen. Funkmodule für das Internet der Dinge sollen lediglich 5 Dollar pro Stück kosten und funktionieren in den meisten Anwendungsfällen ohne Anbindung an das Stromnetz mit Akkus oder Batterien, deren Laufzeit bei bis zu zehn Jahren liegt. Ideal nicht nur für Felder, Wälder und Wiesen, sondern auch beispielsweise für Zählerkästen in Kellern, wo der Mobilfunkempfang anfällig für Aussetzer ist – Schmalband-Funkwellen hingegen verfügen über eine tiefe Gebäudedurchdringung.

Da NB-IoT-Übertragungen mit geringer Bandbreite auskommen, lassen sich mehrere 10.000 IoT-Endpunkte mit einer Funkzelle versorgen. LTE Cat-NB1 funkt in lizensierten Frequenzbereichen und punktet mit hoher Störfestigkeit sowie geringen Latenzzeiten. Zudem erlaubt NB-IoT weltweites Roaming und damit eine globale Skalierung von IoT-Applikationen.

Sicher ist sicher – auch bei NB-IoT

Last but not least profitiert NB-IoT als LTE-Erweiterung von den Sicherheitsvorkehrungen, die das weltweite Standardisierungsgremium 3GPP bei der Entwicklung von LTE eingezogen hat: Grundsätzlich nutzt NB-IoT alle im LTE-Standard implementierten Sicherheitsmechanismen. Hinzu kommt, dass NB-IoT im Unterschied zu einigen anderen LPWAN-Techniken eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht. Dadurch lassen sich bei Bedarf Firmware-Updates per Funk (Over the Air, OTA) auf die gekoppelten Endgeräte aufspielen. Davon profitieren besonders Geräte, die jahrelang im Einsatz sind und von Zeit zu Zeit Funktionsaktualisierungen oder Sicherheits-Updates benötigen.

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