Low-Power-Funktechnik: Neuer Schub für IoT
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Low-Power-Funktechnik: Neuer Schub für IoT

Viele Anwendungen im Internet der Dinge eignen sich für die energiesparende Netzwerktechnik LPWAN (Low Power Wide Area Network). Die verbrauchsarmen LPWAN-Komponenten sind allerdings kein Universalrezept: Bei Szenarien, die hohe Datenraten und geringe Latenzen erfordern, kommen LTE und 5G zum Zuge.

Rund acht Milliarden LPWAN-Systeme sollen im Jahr 2021 im Internet der Dinge (IoT) Maschinen und Geräte miteinander vernetzen, so eine Schätzung des amerikanischen Marktforschungsunternehmens ABI Research. Zu den typischen Einsatzszenarien für LPWAN gehören das Monitoring von Industrieanlagen, die Füllstandserfassung im Groß- und Einzelhandel, die Ermittlung von Luft- und Bodenqualität und die Fernabfrage von Zählerständen.

Der diesen Anwendungen zugrunde liegende Informationsaustausch zwischen Maschinen (M2M) erfordert spezielle, darauf abgestimmte Funktechniken. Denn die klassischen Mobilfunknetze, die bereits seit einigen Jahren in der M2M-Kommunikation zum Einsatz kommen – etwa wenn Lastwagen über GSM-Module ihren Standort an die Unternehmenszentrale melden – haben erhebliche Nachteile: Sie sind komplex, stromhungrig und zu kostenaufwändig, um damit einen Wasserzähler oder einen Sensor an einer Pumpe auszustatten.

Hohe Reichweite, sparsamer Verbrauch, niedrige Kosten

Daher entwickeln und vermarkten sowohl Start-ups als auch etablierte Konzerne mit Hochdruck Netzwerktechnik, die bestmöglich die besonderen Erfordernisse des Internets der Dinge adressieren. Zu den hervorstechenden Merkmalen von Low Power Wide Area Networks gehört die im Vergleich zu einem Wireless LAN (WLAN) oder Bluetooth erheblich größere Reichweite von bis zu 30 Kilometern – je nach Standort der Systeme und der vorhandenen Bebauung.

Darüber hinaus verbrauchen LPWAN-Komponenten sehr wenig Strom.  Ein solches Funkmodul kommt mit einer handelsüblichen AA-Batterie rund zehn Jahre lang aus. Dies ist von großer praktischer Bedeutung, da LPWAN-Komponenten auch an schwer zugänglichen Orten verwendet werden, etwa in Kellerräumen, auf Ölfeldern oder in Windkraftanlagen.

Last but not least gewinnen die LPWAN-Systeme auch im Kostenvergleich. Derzeit muss ein Unternehmen für ein M2M-Modul laut ABI Research etwa 14 bis 15 Euro veranschlagen, während der Preis von LPWAN-Komponenten nur bei etwa 5 bis 10 Euro liegt. Hinzu kommen die Kosten für die Datendienste. Sie betragen nach Angaben des Beratungshauses Xona Partners etwa ein bis drei Dollar monatlich pro Komponente.

Einsatzszenarien mit kurzer Reaktionszeit: Ein Fall für LTE und 5G

Somit bieten sich LPWAN-Module auch für den Einsatz im großen Maßstab an. Allerdings eignen sie sich nicht für IoT-Anwendungsfälle, die hohe Datenraten und geringe Verzögerungszeiten bei der Übermittlung von Datenpaketen (Latenzen) benötigen. Dies gilt beispielsweise für Verkehrsleitsysteme und die Kommunikation von Fahrzeugen untereinander.

Hierfür sind 4G- und 5G-Mobilfunk gesetzt, so Suyash Tiwari, Head Business Development Communication, Media & Information Services beim IT-Beratungshaus TCS: „LTE und 5G kommen wegen der kurzen Reaktionszeiten und des hohen Datendurchsatzes in Betracht, wenn zuverlässige Verbindungen nahezu in Echtzeit benötigt werden, also bei der Steuerung von Maschinen und beim autonomen Fahren.“

Auf diesen Zusammenhang macht auch Hamid-Reza Nazeman aufmerksam, Managing Director Germany bei Qualcomm, einem der weltweit größten Anbieter von Halbleitern und Software für die mobile Kommunikation: „Maschinen, Gegenstände und Geräte kommunizieren bei IoT meist stoßweise und mit einer viel niedrigeren Datenrate.“ Daher liege der Schlüssel zur IoT-Konnektivität in der Effizienz, denn „Geräte müssen vereinfacht und somit preiswerter hergestellt werden, ohne aufwendige Funktionen, die sie ohnehin nicht verwenden.“ So benötige etwa ein Sensor, der die Feuchtigkeit des Bodens ermittelt, keine Spracherkennung.

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