LPWA-Standards: Warum Narrowband-IoT die optimale Technologie ist

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Datum 25.03.2019
Lesezeit 6 Min.

LPWA-Standards: Warum Narrowband-IoT die optimale Technologie ist

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 LTE-M und für Narrowband-IoT entschieden – und das aus gutem Grund.

Laut einer Erhebung von Machina Research gab es im Juni 2016 bereits 40 Millionen aktive LPWA-Endpunkte weltweit. Für 2024 wird erwartet, dass LPWA für mehr als die Hälfte aller IoT-Verbindungen verantwortlich sein wird – insbesondere im Bereich des autonomen Fahrens. Im Bereich des Internet der Dinge werden inzwischen jede Menge Gegenstände miteinander vernetzt, bei denen dies zuvor nicht möglich schien – insbesondere, weil die Verlegung von Kabeln nicht wirtschaftlich erscheint oder gar unmöglich 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 – jedoch mit den vielversprechendsten Eigenschaften.

 

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.

Hinsichtlich der Kommunikation gilt, dass sie

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

muss.

Obwohl der Low-Power-Wide-Area-Standard keiner genauen Definition in Form von Maximal- oder Mindestwerten unterliegt und letztlich eine Klasse von Netzwerkprotokollen unter einem Oberbegriff zusammenfasst, bildet er doch die Grundlage für sämtliche aktuell verfügbaren drahtlosen IoT-Standards, darunter SigFox, LoRaWAN, LTE-M und Symphony Link – sowie Narrowband-IoT.

 

Warum Narrowband-IoT die LPWA-Anforderungen optimal erfüllt

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 und zusätzlich eine millionenfache Skalierbarkeit, ohne bei der Sicherheit Abstriche machen zu müssen.

 

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. 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. 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-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.

 

Ausklappbare Informationsgrafik

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 bei der Narrowband-IoT-Implementierung von Vodafone 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

 

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 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 LPWA-Standard ist aus Ihrer Sicht was die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz angeht, mit Narrowband-IoT am ehesten vergleichbar? Wir freuen uns auf eine angeregte Diskussion.

 

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