Lizenzfrei ins IoT – mit Low-Power-Funktechnik
Quelle: © iStock.com/tiero Posted on von Internet der Dinge | Netze/All-IP

Lizenzfrei ins IoT – mit Low-Power-Funktechnik

LPWAN-Netztechnik senkt den Energieverbrauch und die Kosten von IoT-Anwendungen. Viele LPWAN-Anbieter nutzen das lizenzfreie Funkspektrum unterhalb der 1-GHz-Grenze für ihre Lösungen. Zu den Schwergewichten zählen Sigfox und LoRa Alliance. Aber auch Weightless und Ingenu spielen eine Rolle.

Die Netzwerktechnik LPWAN (Low Power Wide Area Network) schafft mit ihren verbrauchsarmen und kostengünstigen Komponenten Voraussetzungen, um die weitere Verbreitung von Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) zu befördern. Es haben sich bereits Lösungen etabliert, die lizenzfreie Funkfrequenzen unterhalb der 1-GHz-Grenze für die Datenübermittlung nutzen. In Europa kommt insbesondere das 868-MHz-Band zum Einsatz, das etwa Gebäudewände besser als andere Mobilfunkfrequenzen durchdringt.

Je nach Technik unterstützen LPWANs, die das freie Funkspektrum verwenden, zwischen 52 und über 2700 Endgeräte („Endpoints“) pro Basisstation. Bei der Nutzung lizenzfreier Funkfrequenzen ist allerdings zu beachten , dass sie jedermann offenstehen. Sind in einer bestimmten Region also viele Sender vorhanden, wird es im Vergleich zu Mobilfunknetzen schwieriger, Anwendungen eine feste Dienstgüte (Quality of Service) zu garantieren.

Sigfox: Niedrige Modulpreise und einfache Handhabung

Zu den wichtigsten Unternehmen, die LPWAN-Lösungen im lizenzfreien Funkspektrum anbieten, zählen Sigfox, LoRa Alliance und die Mitglieder der Weightless Special Interest Group. Wie andere etablierte Anbieter hat das französische Unternehmen Sigfox eine eigene Netzwerk-Infrastruktur in mehreren Ländern aufgebaut. Diese basiert auf einer Ultra-Narrow-Band-Technik (UNB) mit einer Übertragungsfrequenz von 100 Hz.

Um nicht von störenden Funknachbarn „übertönt“ zu werden, sendet das Sigfox-System Datenmengen in kleinen Häppchen von nur 12 Byte mit einer niedrigen Übermittlungsrate. Auf diese Weise lassen sich pro Tag 140 Nachrichten mit je 12 Byte übertragen. Für Statusmeldungen von Sensoren an entfernten Orten reicht diese Übertragungskapazität vollauf aus.

Die Sigfox-Lösung punktet vor allem mit ihrem einfachen Aufbau und dem niedrigen Preis für die Funkmodule, der bei unter fünf Euro liegt. Zu den weiteren Vorteilen zählen nach Angaben von Anwendern und Marktexperten wie ABI Research die hohe Reichweite von bis zu 30 Kilometern und der niedrige Strombedarf. Dem stehen Schwächen gegenüber wie das proprietäre Übertragungsprotokoll und die noch ausbaufähigen Sicherheitsfunktionen.

LoRa: Hochskalierbar mit variablen Datenraten

Auch die LoRa Alliance (LoRa = Long Range) nutzt in Europa den 868-MHz-Frequenzbereich. LoRA verwendet ein Protokoll auf Grundlage der Modulationstechnik Chirp Spread Spectrum (CSS) und übermittelt Daten über Entfernungen von bis zu 15 Kilometern. Zwar ist LoRa als offene Architektur konzipiert, jedoch kommen ausschließlich Chips von Semtech zum Einsatz, was eine zumindest indirekte Herstellerabhängigkeit bedeutet. Zu den besonderen Vorzügen eines LoRA-Netzes hingegen zählt seine enorme Skalierbarkeit: Es lassen sich Millionen von Endgeräten einbinden, mit Datenraten von 0,3 KBit/s bis 50 KBit/s. Zudem verfügt LoRa über ausgeprägte Sicherheitsfunktionen und kann Daten bidirektional versenden sowie mobile LoRa-Endgeräte unterstützen.

Das britische Unternehmen Inmarsat, das Mobilfunknetze auf Basis von Satelliten betreibt, zählt zum Kundenkreis von LoRa. Inmarsat setzt unter anderem die LoRa-Systeme des Anbieters Actility in Australien ein, um den Viehbestand auf entlegenen Farmen zu erfassen. Auch der Wasserstand eines Reservoirs einer Palmölplantage in Malaysia wird von Inmarsat mittels Satellit und Low-Power-WAN überwacht. Wie bei Sigfox stellen mehr als 100 Netzbetreiber LoRa-Infrastrukturen bereit.

Auch Weightless funkt im Sub-Gigahertz-Bereich

Neben Sigfox und der LoRa Alliance, die derzeit als führende Anbieter von LPWAN-Lösungen für das lizenzfreie Funkspektrum gelten, ist auch der offene Standard Weightless zu beachten. Weightless nutzt das Sub-Gigahertz-Band in zwei Varianten: Weightless-N ist für die Einwegkommunikation zwischen Basisstation und Funkmodul ausgelegt, während Weightless-P die Datenübertragung in beide Richtungen erlaubt – das bringt allerdings einen höheren Stromverbrauch mit sich. Die Weightless-Technik gilt als robust und weist eine gute Flächendeckung auf. Wegen der niedrigen Bandbreite von 100 Bit/s eignet sie sich vor allem zur Anbindung von Sensoren.

Last but not least gilt es auf den Sonderfall Ingenu hinzuweisen. Das im M2M-/IoT-Bereich tätige US-Unternehmen hat eine eigenständige Übertragungstechnik namens Random Phase Multiple Access (RPMA) entwickelt. RPMA nutzt das lizenzfreie 2,4-GHz-Band für die Datenübermittlung. Dieser Teil des Spektrums wird von WLANs und anderen Funksystemen wie Fernbedienungen und Garagentoröffnern verwendet. Für Ingenu sprechen die große Reichweite und die Robustheit. Schwachpunkte sind der höhere Stromverbrauch und die nicht so gute Durchdringung von Mauerwerk, was den Einsatz in Gebäuden begrenzt. Stand Februar 2017 waren in 29 Ländern RPMA-Netze vorhanden, allerdings nicht in Deutschland.

zurück zur Startseite

Kommentar

Wenn Sie die E-Mail-Adresse eingeben, die Sie bei Twitter oder Gravatar verwenden, erscheint Ihr Bild neben dem Kommentar.

mit * gekennzeichnete Felder sind Pflichtfelder. Sie erhalten zur Freischaltung ihres Kommentars eine E-Mail. Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.