Junger Mann an einem LPWA-Parkscheinautomaten

Connectivity

LPWA-Standards: Warum Narrowband IoT und LTE-M die optimalen Technologien sind

07.02.2024

7 Min.

Die Abkürzung LPWA steht für „Low Power Wide Area” und beschreibt eine Klasse von Netzwerkprotokollen zur drahtlosen Vernetzung via Mobilfunk. Ziel sind neben zuverlässiger Übertragung besonders geringe Stückkosten und maximale Effizienz. Vodafone hat sich gegen andere LPWA-Standards wie LoRaWAN und für Narrowband IoT sowie LTE-M entschieden – und das aus gutem Grund.

Laut einer Erhebung von Machina Research gab es im Juni 2016 bereits 40 Millionen aktive LPWA-Endpunkte weltweit. Schon bald könnte LPWA für mehr als die Hälfte aller IoT-Verbindungen verantwortlich sein – insbesondere beim autonomen Fahren. Im Bereich des Internet der Dinge werden inzwischen jede Menge Gegenstände miteinander vernetzt, bei denen dies zuvor unmöglich schien – etwa, weil die Verlegung von Kabeln nicht wirtschaftlich oder praktikabel ist.

Um diese Verbindungen drahtlos, über weite Entfernungen hinweg und mit möglichst geringem Energieverbrauch zu realisieren, wurden diverse Standards entwickelt und unter LPWA (oder LPWAN für Low Power Wide Area Network) zusammengefasst. Narrowband IoT ist nur einer davon – und bietet neben LTE-M optimale Eigenschaften für drahtlose Gerätevernetzung.

Inhaltsverzeichnis

LPWA macht drahtlose IoT-Kommunikation erst möglich Warum Narrowband IoT und LTE-M die LPWA-Anforderungen optimal erfüllen LPWA in der Praxis: Vernetzte Automaten, Schrankensysteme und Verbrauchszähler Das LTE-Mobilfunknetz ist die Basis für LPWA-Vernetzung

LPWA macht drahtlose IoT-Kommunikation erst möglich

Verschiedene Konsortien und Gremien haben basierend auf den vorgegebenen LPWA-Anforderungen Spezifikationen entwickelt, die die gemachten Vorgaben bei der Drahtlosvernetzung möglichst optimal erfüllen (sollen). Bei der Formulierung der LPWA-Anforderungen spielte die Zahl Zehn eine besondere Rolle. Ein drahtlos angebundenes IoT-Gerät sollte dabei folgende Mindestanforderungen erfüllen:

Hohe Akkuleistung: Es soll mindestens zehn Jahre lang im Feldeinsatz funktionieren, ohne aufgeladen zu werden.
Hohe Reichweite: Die Verbindung zwischen LPWA-Gerät und Mobilfunk-Basisstation soll über zehn Kilometer hinweg möglich sein.
Geringe Stückkosten: Das einzelne Modul soll weniger als zehn US-Dollar kosten.
Minimale Netzauslastung: Pro Stunde sollen weniger als zehn Byte übertragen werden.
Skalierbarkeit: Pro Funkzelle oder Basisstation sollen mehr als 10.000 LPWA-Geräte unterstützt werden können.

Die Kommunikation muss hierbei

drahtlos erfolgen,
energieeffizient ablaufen,
günstig verfügbar sein
und eine große Reichweite haben.

Für den Low-Power-Wide-Area-Standard gibt es keine definierten Maximal- oder Mindestwerte. Er fasst vielmehr eine Klasse unterschiedlicher Netzwerkprotokolle unter einem Oberbegriff zusammen. Dennoch bildet er die Grundlage für sämtliche aktuell verfügbaren drahtlosen IoT-Standards. Dazu zählen unter anderem SigFox, LoRaWAN, LTE-M und Symphony Link – sowie Narrowband IoT.

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Warum Narrowband IoT und LTE-M die LPWA-Anforderungen optimal erfüllen

Die vom 3GPP („3rd Generation Partnership Project”) für den weltweiten Einsatz vorgeschlagene Narrowband-IoT-Technologie (auf Deutsch: Schmalbandvernetzung) hat sich hierbei zumindest aus Sicht von Vodafone als optimale Lösung herauskristallisiert. So bietet NB-IoT bietet neben einer besseren Gebäudedurchdringung als vergleichbare Technologien auch eine weitaus größere Energieeffizienz. Hinzu kommt eine millionenfache Skalierbarkeit, ohne bei der Sicherheit Abstriche machen zu müssen.

Ähnliches gilt für LTE-M, das ebenfalls mit hoher Energieeffizienz punktet, dabei aber deutlich höhere Datenmengen in kurzer Zeit übertragen kann. Außerdem ist LTE-M gegenüber Narrowband IoT bei den Latenzzeiten überlegen. Mit diesen beiden Standards decken Sie also jeden erdenklichen Anwendungsfall ab: Vom unterirdischen Wasserzähler über intelligentes Flottenmanagement bis hin zum Aufzug-Notrufsystem.

LPWA in der Praxis: Vernetzte Automaten, Schrankensysteme und Verbrauchszähler

Bereits heute gibt es jede Menge Anwendungsbeispiele aus der Praxis für LPWA-Standards, insbesondere in Verbindung mit Narrowband IoT und LTE-M. Beispielsweise übertragen intelligente Messgeräte ihre Daten aus der Patientenüberwachung via Mobilfunk verschlüsselt an die zuständigen Stellen, ohne dass ein Arztbesuch erforderlich ist. Auch die Parkplatzbewirtschaftung lässt sich intelligenter regeln: Meldungen über frei werdende Plätze werden genauso in Echtzeit an entsprechende Stellen übertragen wie beispielsweise Informationen über technische Störungen an Automaten oder Schrankensystemen.

Gerade im öffentlichen Bereich, aber auch in der Logistik und in der Landwirtschaft ist das Internet der Dinge schon jetzt nicht mehr wegzudenken. Die Vernetzung sämtlicher betroffenen Geräte via Funkverbindung macht das Ganze noch ortsunabhängiger und mit Hilfe eingebauter Batterien und Solarunterstützung sogar unabhängig vom Stromnetz.

Das LTE-Mobilfunknetz ist die Basis für LPWA-Vernetzung

Basis der NB-IoT- und LTE-M-Funktechnologie ist das LTE-Funknetz, in dem bestimmte, lizenzierte Frequenzen in einer Vielzahl von Frequenzbändern genutzt werden. So können gegenüber dem Standard-GSM-Mobilfunk eine um 20 dB verbesserte Netzabdeckung sowie eine Lebensdauer der Endgeräte von zehn bis 15 Jahren mit nur einer einzigen Akkuladung erreicht werden. Noch bis vor einiger Zeit lag diese eher bei einigen Monaten als bei Jahren.

Außerdem kommen dieselben effektiven Sicherheitsmechanismen und Verschlüsselungstechniken zum Einsatz, die schon jetzt im LTE-Netz verwendet werden. Vor allem aber die frei anpassbaren Datenübermittlungszyklen („Duty Cycles”) und die nicht beschränkte Ausgangsleistung sowie die theoretisch sehr hohen Datendurchsätze sprechen deutlich für den Einsatz der genannten (Sub-)Standards als LPWA-Technologie.

Zusätzlich sparen Sie Kosten bei der Ausrüstung Ihrer Gerätschaften, da die benötigten Funkmodule bei ihrem Stückpreis deutlich unter den im LPWA-Standard geforderten zehn Dollar liegen. Wenn Sie noch mehr über unsere Gründe für den Einsatz von Narrowband IoT und LTE-M erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen einen Besuch unserer entsprechenden Produktübersicht bei Vodafone Business: Hier können Sie direkt auch einen Verfügbarkeits-Check für Ihren Standort durchführen und mit weitere IoT-Lösungen für Unternehmen durchstarten.

Schaugrafik zu LPWA-Standards 3GPP, DASH7, ETSI, IEEE, IETF, LoRa, Weightless SIG

Die LPWA-Anforderung wird von mehreren Konsortien und Gremien bearbeitet und zu Standards ausgebaut. Bei Vodafone kommt das sogenannte Narrowband-IoT zum Einsatz.

Darum erfüllt Vodafones LTE-Netz die LPWA-Anforderungen optimal

Wenn Sie Geräte dezentral und insbesondere in Gebäuden oder im Untergrund aufstellen wollen, ist eine optimale Netzabdeckung entscheidend. Dies betrifft vor allem ländliche Gegenden oder schwer zugängliche Bereiche, in denen der nächste erreichbare Mobilfunkmast weit entfernt ist. Eine optimale Netzabdeckung wie sie bei Vodafone im LTE-Umfeld längst Standard ist, bietet dabei gleich mehrere Vorteile:

Auch in Randbereichen von Funkzellen sind noch gute Netzverbindungen möglich.
Der mögliche Datendurchsatz ist bei optimaler Verbindungsqualität deutlich höher. Gegenüber Alternativen wie Sigfox oder LoRa bietet beispielsweise NB-IoT einen deutlich höheren möglichen Datendurchsatz von bis zu 235 Kilobit pro Sekunde.
Die Abdeckung entlegener Gebiete kann auch ohne zusätzliche Basisstationen oder Repeater erfolgen.
Gegenüber anderen LPWA-Technologien ist NB-IoT in der Lage, bis zu zwei oder drei zusätzliche Ziegelwände zu durchdringen, ohne dass es zu Verbindungsproblemen kommt. Insbesondere in Tiefgaragen kann dies entscheidend sein. Auch LTE-M ist hier anderen Technologien deutlich überlegen.
Außerdem zeigen sich sowohl Narrowband IoT als auch LTE-M robuster, was Zeiten hoher Auslastung und Situationen mit nicht optimaler Netzabdeckung angeht.

Ein weiterer entscheidender Faktor gerade bei Investitionsentscheidungen im IoT-Bereich dürfte die Tatsache sein, dass NB-IoT- und LTE-M-Geräte nicht nur die geforderten zehn Jahre, sondern selbst am Rand der Funkzelle dank der höheren Übertragungseffizienz bis zu 15 Jahre ohne Batteriewechsel oder Aufladung durchhalten können.

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Investieren Sie in die zukunftssichere Technologie

Die LTE-Funktechnik hat sich dank Verschlüsselung, maximaler Transportsicherheit und hoher Netzabdeckung im Alltag bereits seit Jahren bewährt. Da Narrowband IoT und LTE-M die LPWA-Anforderungen innerhalb dieses Standards erfüllen, ist sichergestellt, dass Sie auf zukunftsfähige Technologien setzen. Gleichzeitig aber handelt es sich um offene Standards, die nicht von bestimmten Konsortien oder Herstellern betrieben werden. Schließlich binden Sie sich für zehn oder noch mehr Jahre an eine bestimmte Technologie, die im Falle proprietärer Lösungen möglicherweise nicht oder nur in Verbindung mit hohen Kosten für Sie weiterentwickelt wird.

Derzeit wird NB-IoT von mehr als 30 der weltweit größten Netzbetreiber unterstützt; bei LTE-M sieht es ähnlich aus. Auch namhafte Ausrüstungshersteller wie Ericsson, Huawei, Nokia, Qualcomm und Intel setzen auf diese Technologie. Besuchen Sie doch einmal unser Open Lab in Düsseldorf und erleben Sie NB-IoT live und hautnah. Oder wenden Sie sich an Ihren Vodafone Ansprechpartner, um mehr über die Technologie zu erfahren.

Die Nummer der Hotline: 0800 503 5022 Montags bis freitags von 8 bis 20 Uhr, außer an Feiertagen

Das Wichtigste zu LPWA im Überblick

Der LPWA-Standard steht für „Low Power Wide Area”-Vernetzung von Gegenständen.
Geräte, die diesem Standard entsprechen, müssen unter anderem mindestens zehn Jahre lang ohne Batteriewechsel funktionieren und eine Kommunikation mit entsprechenden Basisstationen herstellen können.
Innerhalb der gestellten Mindestanforderungen wurden von verschiedenen Firmen und Gremien darauf aufbauende Technologien entwickelt.
Das 3GPP-Konsortium hat hierzu mit Narrowband IoT und LTE-M offene Standards entwickelt, die auf der bewährten LTE-Funktechnologie aufbauen.
Die Kommunikation der IoT-Geräte erfolgt in beiden Fällen nicht nur verschlüsselt, sondern auch besonders schnell und ist robust gegen mögliche Störeinflüsse von außen.

Marcus Ladwig

07.02.2024

# Tags:NB-IoT Mobilfunk Innovation IoT-Vernetzung 5G Netz Vodafone