Der LPWA-Standard: Grundlage für Narrowband-IoT von Vodafone

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Datum 25.06.2018
Lesezeit 5 Min.

Der LPWA-Standard: Grundlage für Narrowband-IoT von Vodafone

Mithilfe von IoT (Internet of Things)-Technologien können Gegenstände intelligent vernetzt werden, bei denen dies zuvor nicht möglich war – und das zu besonders geringen Stückkosten und mit maximaler Effizienz. Die Grundlage hierfür bildet der sogenannte LPWA-Standard. Die Abkürzung steht für „Low Power Wide Area” und beschreibt technologische Anforderungen bei der drahtlosen Vernetzung im Mobilfunk.

Wenn Sie sich schon länger mit der intelligenten Vernetzung von Gegenständen, Gebäuden oder gar Personen (beispielsweise über deren Kleidung) beschäftigen, kommen Sie vermutlich um LPWA-Technik nicht herum. Der Standard bietet in Form von Narrowband-IoT (Schmalbandvernetzung) neben einer besseren Gebäudedurchdringung auch eine weitaus größere Energieeffizienz als andere Technologien und zusätzlich eine millionenfache Skalierbarkeit.

Wesentliche Fakten:

  • Mit LPWA-Technologien wie Narrowband-IoT lassen sich Daten energieeffizient über längere Distanzen übertragen.
  • So können Sie erstmals Gegenstände über lange Distanzen verbinden, bei denen dies vorher nicht möglich war.
  • Die LPWA-Vernetzung von Gegenständen findet bei Vodafone unter Verwendung der vorhandenen Mobilfunkinfrastruktur (LTE) und verschlüsselt statt.

LPWA löst entscheidende Herausforderungen im Internet-of-Things-Bereich

Um das Internet der Dinge („Internet of Things”) effizient und prinzipiell für jeden Ort der Welt realisieren zu können, gibt es eine Reihe komplexer Anforderungen. Unter anderem muss die Kommunikation

  • drahtlos erfolgen
  • energieeffizient ablaufen
  • günstig verfügbar sein
  • große Entfernungen abdecken können

Obwohl der Low-Power-Wide-Area-Standard keiner genauen Definition unterliegt, bildet er doch die Grundlage für die darauf basierenden IoT-Standards. Bei der Formulierung des LPWA-Standards spielte die Zahl Zehn eine besondere Rolle. Ein entsprechendes Gerät sollte dabei folgende Mindestanforderungen erfüllen:

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

Laut einer Erhebung von Machina Research gab es im Juni 2016 bereits 40 Millionen aktive LPWA-Endpunkte weltweit. Für 2024 wird erwartet, dass die LPWA-Technologie für mehr als die Hälfte aller drahtlosen IoT-Verbindungen verantwortlich ist.

Video: YouTube / Link Labs

So können Sie LPWA-Technologien zur Vernetzung von Geräten nutzen

Bereits heute gibt es jede Menge Anwendungsbeispiele aus der Praxis für die LPWA-Technologie. Beispielsweise übertragen intelligente Wasserzähler ihre Messwerte via Mobilfunk an die zuständigen Stellen, ohne dass eine Ablesung 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.

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

Die Basis für Narrowband-IoT bei Vodafone ist das LTE-Mobilfunknetz

Derzeit gibt es eine ganze Reihe von Standards, die auf LPWA basieren. So haben verschiedene Konsortien und Gremien basierend auf diesen Anforderungen Spezifikationen entwickelt, die die genannten Vorgaben erfüllen (sollen). Die vom 3GPP („3rd Generation Partnership Project”) für den weltweiten Einsatz vorgeschlagene Narrowband-IoT-Technologie hat sich hierbei zumindest aus unserer Sicht als optimale Lösung herauskristallisiert.

Basis dieser 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 des Narrowband-IoT-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 erfahren möchten, empfehlen wir Ihnen hierzu unser ausführliches White Paper, in dem wir den Standard auch mit alternativen Technologien vergleichen.

Schaugrafik zu LPWA-Standards

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

Bild: Vodafone Deutschland

Darum erfüllt Narrowband-IoT 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 im Narrowband-IoT-Standard 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 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.
  • Außerdem zeigt sich Narrowband-IoT 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-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.

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 die LPWA-Anforderungen innerhalb dieses Standards erfüllt, ist somit sichergestellt, dass Sie hierbei auf bewährte Technologien setzen. Gleichzeitig aber handelt es sich um einen offenen Standard, der nicht von bestimmten Konsortien oder Herstellern betrieben wird. 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. 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

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

Zusammenfassung

  • 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 einen offenen Standard entwickelt, der auf der bewährten LTE-Funktechnologie aufbaut.
  • Die Kommunikation der NB-IoT-Geräte erfolgt dabei nicht nur verschlüsselt, sondern auch besonders schnell und ist robust gegen mögliche Störeinflüsse von außen.

Welcher Anwendungsfall für LPWA-Geräte steht bei Ihnen möglicherweise ins Haus? Wir freuen uns auf eine anregende Diskussion über das NB-IoT in den Kommentaren.

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