Was ist eigentlich Narrowband IoT (NB-IoT)? Digitalisierung erklärt Teil 4

 Endlich geht es los: Vodafone hat vor kurzem mit dem kommerziellen Narrowband IoT Rollout begonnen, und die Deutsche Telekom verspricht flächendeckenden Rollout in Deutschland bis Ende 2018. „Das Maschinennetz“ titelt Vodafone. Noch ein Mobilfunknetz? Speziell für Maschinen und das Internet of Things? Was haben Sie davon?

 

Die meisten IoT Anwendungen nutzen heute Netzwerk-Technologien, die ursprünglich für andere Zwecke konzipiert wurden, und daher nicht immer die optimalen Eigenschaften haben. Das gilt vor allem für mobile IoT Anwendungen. Eine monatliche Nutzungsgebühr von mehreren Euros für die Übertragung kleiner Datenmengen zerstört viele Business Cases für mobile IoT Anwendungen, beispielsweise das Tracking oder Überprüfen des Gesundheitszustands kleiner, günstiger mobiler Geräte oder auch Tiere. Ein weiteres Problem ist die Reichweite herkömmlicher Mobilfunk-Netze, vor allem in Gebäuden, z.B. Kellern, oder in der Fläche. 3G und 4G sind optimiert auf Datenübertragungsraten und Sprachqualität, aber während ein Mensch damit leben kann, im Keller keinen Handy-Empfang zu haben, kann ein Smart Meter das nicht. Gleiches gilt für die Flächenabdeckung: Während der Bauer zwar damit leben kann, auf dem einen oder anderen Feld nicht telefonieren zu können, kann der autonome Mähdrescher ohne Verbindung nicht fahren.

 

Narrowband IoT soll in genau diese Lücken stoßen. Es gehört zu den Low Power Wide Area (LPWA) Networks, die auf hohe Flächenabdeckung, gute Gebäudedurchdringung und geringe Kosten optimiert sind. Gleichzeitig benötigt die Kommunikation erheblich weniger Strom als bei herkömmlichen Mobilfunknetzen, wodurch Anwendungsfälle möglich werden, wo nur alle 10 Jahre die Batterie getauscht werden muss. Hier ein paar Beispiele, wo Narrowband IoT sinnvoll ist:

  • Alle Tracking-Anwendungen mobiler Güter oder Tiere
  • Tägliche Standortbestimmung und Übermittlung bestimmter gesammelter Daten
  • Smart Meter und andere im Keller befindliche Anwendungen
  • Die meisten Smart Farming Anwendungen, also autonome Traktoren, Alarmierung, wenn mit dem Vieh auf der Weide etwas nicht in Ordnung ist usw.
  • In Infrastruktur oder Geräte fest verbaute Sensoren, z.B. für intelligente Parkplätze

Für Internet of Things Anwendungen mit mindestens einer, in der Regel mehreren der folgenden Eigenschaften ist Narrowband IoT eine Riesen-Chance:

  • Mobile Anwendung – also benötigen sie ein Funknetz, kein Kabel
  • Reichweite ist wichtig, entweder in der Fläche oder im Gebäude – daher Langwellen-Technologie. Bis zu 10km Reichweite sollten kein Problem sein.
  • Geringer Stromverbrauch ist wichtig, da Batterietausch schwierig ist
  • Datenübertragungsraten sind niedrig

Narrowband IoT ist für folgende Anwendungen nicht oder weniger geeignet:

  • Video- und Bildübertragung – die Datenraten sind zu niedrig
  • Große Mengen an Realtime-Daten
  • Statische Anwendungen, also z.B. Industrieanlagen. Hier kann oft kostengünstiger und für die hohen Datenmengen, die anfallen, Ethernet oder auch WLAN genutzt werden

Auf Deutsch heißt Narrowband Schmalband. Die gute Abdeckung in Fläche und Gebäuden wird u.a. durch die Nutzung von längeren Wellen im 800-900MHz Frequenzbereich erreicht. Die schnellsten 4G Verbindungen werden dagegen durch Kopplung von 2600MHz und 188MHz Frequenzen erreicht, also im kurzwelligen Bereich. Lange Wellen = gute Reichweite, geringere Übertragungsraten; kurze Wellen = kurze Reichweite, hohe Übertragungsraten.

 

Gibt es Alternativen?

 

Ja, es gibt bereits seit längerer Zeit SigFox und LoRaWAN, die im lizenzfreien Frequenzband von 868MHz arbeiten. Auch sie gehören zu den LPWA Networks. Für beide gibt es bereits kommerzielle Anwendungen. Jede der drei Übertragungstechniken hat Vor- und Nachteile.

  • SigFox ist sowohl von der Hardware als auch von der Übertragung sehr günstig, denn man muss keinen Vertrag mit einem Mobilfunkanbieter schließen. Der größte Haken ist, dass die erlaubte Datenübertragungsmenge pro Tag, sowie die Übertragungsrate, wirklich winzig ist. Nur komplett darauf optimierte Geräte können maximal alle 10 Minuten senden. Der Rollout in Deutschland ist noch im Gange, ist aber schon weiter als für Narrowband.
  • LoRaWAN kann ebenfalls ohne Bindung an einen Mobilfunkvertrag genutzt werden. Es gibt YouTube Videos, wie man sich selbst Übertragungs-Hardware, also ein Gateway, zusammenbauen kann. Durch die Regeln, die bei der Nutzung des lizenzfreien Spektrums entstehen, unterliegt LoRaWAN ebenfalls der Einschränkung, dass im Schnitt nicht mehr als alle 10 Minuten gefunkt werden kann. Die Übertragungsraten und die insgesamt übertragenen Daten sind höher als bei Sigfox. Das Netz ist nicht überall verfügbar, aber es ist leicht erweiterbar. LoRaWAN ist sehr gut für Anwendungsfälle in einer bestimmten Region, also z.B. um einen Bauernhof herum, geeignet, da man hier, auch in Zusammenarbeit mit der The Things Network Initiative, selbst sehr einfach und günstig das Netz ausbauen kann. Sobald Geräte jedoch diese Region verlassen, ist die Netzverfügbarkeit sehr schwach.
  • Narrowband wird, wenn Vodafone und Deutsche Telekom den flächendeckenden Rollout in Deutschland abgeschlossen haben, die kommerziell zuverlässigste Variante für mobile IoT Anwendungen sein. Es hat die geringsten Einschränkungen dieser drei Technologien. Um es zu nutzen muss man jedoch Übertragungsgebühren an einen Mobilfunkanbieter zahlen. Und obwohl diese geringer sind als bei herkömmlichem Mobilfunk können sie immer noch zu hoch sein für einen sinnvollen Business Case.

Fazit

 

Narrowband IoT wird das Wachstum des Internet of Things befeuern und beschleunigen. Es ermöglicht finanziell und durch die erhöhte Reichweite in Fläche, Gebäudedurchdringung und Batterielaufzeit Geschäftsmodelle und Prozesse, die heute noch nicht sinnvoll sind. Ich freue mich auf den Rollout und hoffe, dass die großen Mobilfunkbetreiber schnell auf 100% Flächenabdeckung kommen.

Wer ein mobiles IoT in einem überschaubaren Gebiet benötigt, sollte sich auch LoRaWAN anschauen, und wer wirklich nur winzigste Datenmengen übertragen möchte, könnte mit SigFox günstiger wegkommen.

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