Eins, zwei, drei... Maschinennetz

• So funktioniert es: In drei Schritten zur Infrastruktur für Smart Cities
• Hier funkt es: Maschinennetz in mehr als 2.700 Städten und Gemeinden aktiviert

Ein neues Netz für Deutschland. Ein Netz speziell für das Internet der Dinge. Ein Netz für smarte Städte und Industriehallen. Vodafone baut das Maschinennetz (Narrowband IoT). Mit Höchstgeschwindigkeit entsteht in Deutschland die Infrastruktur für die digitale Zukunft. Im März hatte Vodafone den Ausbau der neuen Technologie gestartet. Heute funkt das Maschinennetz bereits in mehr als 2.700 Städten. Darunter Metropolen wie Berlin und München, Städte wie Duisburg, Essen und Nürnberg und kleinere Orte wie Ahaus, Gütersloh oder Kreuztal. Bis September will Vodafone das Maschinennetz großflächig in ganz Deutschland aktivieren - rund 90 Prozent des LTE-Netzes sollen dann bereit sein für die Technologie. Dafür werden täglich etwa 90 weitere Mobilfunkstationen für das Maschinennetz aktiviert. Doch wie funktioniert das eigentlich? 

Tiefe Frequenzen für hohe Durchdringung

Das Maschinennetz (Narrowband IoT) ist eine optimierte LTE-Variante. Es wird bei Vodafone auf den besonders tief liegenden 'LTE 800' Frequenzen aktiviert. Die Nutzung dieser Frequenzen ermöglicht die Kommunikation von 'Dingen' sogar tief unter der Erde und hinter dicken Betonwänden. Zusätzliche Spektrumslizenzen sind für den Ausbau der Technologie nicht nötig. Damit die Infrastruktur für Smart Cities aktiviert werden kann, müssen zwar keine neuen Sendemasten gebaut werden. Aufwendig ist die Aktivierung aber dennoch: die Technik-Experten von Vodafone nehmen dafür in drei Schritten weitreichende Optimierungen im Netz vor: Im Kernnetz, an den Mobilfunkbasisstationen und mit aus der Ferne eingespielten Konfigurationen.

Der Weg der Daten: Von Basisstationen, Luftschnittstelle und Kernnetz

Vereinfacht dargestellt funktioniert ein Mobilfunknetz so: Alle Daten, die durch rauschen, nehmen ihren Weg zunächst per Funk durch die Luft. Beim allseits bekannten Mobilfunk vom Smartphone bis zum nächsten Sendemast bzw. zur nächsten Mobilfunk Basisstation (eNodeB). Vodafone betreibt davon im übrigen rund 25.000 in Deutschland. Beim Internet der Dinge funktioniert das ganz ähnlich: Hier wandern die Daten auf diese Weise direkt von der Maschine bis zur Basisstation. Man spricht dabei auch von der Luftschnittstelle. Für die Datenübertragung werden spezifische Frequenzbereiche genutzt. Wie groß der Bereich ist, den eine Basisstation abdeckt, hängt vor allem von der Dichte der Nutzer ab. Je mehr Nutzer sich in einer Region befinden, desto dichter stehen die Basisstationen beieinander. Von diesem Punkt an, wandern die Daten unter die Erde. Sie rauschen durch das sogenannte Kernnetz von Vodafone. Dieses besteht zu großen Teilen aus Glasfaser. Es wird unter anderem geprüft welche Services ein Kunde gemäß des gebuchten Tarifs nutzen darf und wo sich der Empfänger einer Nachricht befindet.  Über das Kernnetz werden die Daten schließlich in Richtung des Empfängers weitergeleitet. Unter der Erde verlaufen die Daten quer durch Deutschland bis zu der Basisstation, die am nächsten zum Empfänger liegt. Die "letzten Meter der Reise" nehmen die Daten dann wieder über die Luftschnittstelle bis zum Smartphone oder bis zu einem anderen Endgerät. Und das alles in wenigen Millisekunden.

Drei Schritte bis zur Infrastruktur für smarte Städte

Um das Maschinennetz großflächig zu aktivieren, müssen im ersten Schritt Arbeiten im Kernnetz vorgenommen werden. Hier tauschen die Technik-Experten von Vodafone bestimmte Infrastruktur-Elemente zur Datenauswertung aus, um den Transfer über die Technologie Narrowband IoT überhaupt erst zu ermöglichen. Im zweiten  Schritt folgen die entscheidenden Modernisierungen direkt an den Mobilfunk Basisstationen. Voraussetzung ist hierbei aktuell die Nutzung des LTE800 Frequenzbandes. Um eine Mobilfunk Basisstationen für die Datenübertragung im Maschinennetz aufzurüsten, wird hier zusätzlich eine Narrowband IoT-fähige Hardware zur Steuerung der Antennen integriert. Dies geschieht nicht an der Antenne selbst, sondern direkt unten an der sogenannten Baseband Unit. Im dritten Schritt werden finale Ende-zu-Ende-Konfigurationen ins Netz eingespielt. Diese Software-Konfigurationen betreffen das Kernnetz ebenso wie die Basisstationen und sie werden aus der Ferne gesteuert. Sind für ein Stadtgebiet alle Schritte erfolgt, kann dort die Infrastruktur für 'smart Cities' aktiviert werden. Auf diese Weise machen die Vodafone-Techniker aktuell jeden Tag rund 90 weitere LTE-Stationen bereit für das Maschinennetz - und Deutschland damit stündlich ein Stückchen digitaler.

Wasserzähler, E-Bikes, LKW-Reifen - was im Maschinennetz funkt, lernt sprechen

Denn wenn das Maschinennetz einmal in der Stadt funkt, können hier so gut wie alle Gegenstände ganz einfach und schnell sprechen lernen. Vom Mülleimer, der sich beim städtischen Abfallbetrieb meldet, wenn er geleert werden muss, über den Wasserzähler, der täglichen seinen aktuellen Stand übermittelt, bis zum E-Bike, das Alarm schlägt, wenn es gestohlen wird. Egal um welchen Gegenstand es sich handelt: ein einfacher Sensor reicht dann aus, um ihn smart zu machen. Die Zustände, die die IoT-Sensoren erfassen, sind vielfältig. Das können unter anderem Bewegung, Feuchtigkeit oder Füllstand sein. Die Übertragung dieser Daten ist dabei extrem stromsparend. Im Vergleich zum herkömmlichen Mobilfunknetz wird bis zu zehn Mal weniger Energie verbraucht.