Der technische Fortschritt in der Digitalisierung wird von mehreren Faktoren wie Rechenleistung, verbesserter Sensorik oder eben verbesserte Drahtlosübertragung getrieben.
Heute konkurrieren mehrere verschiedene Funkstandards um die Gunst der Nutzer in der Maschinenkommunikation und dem Internet der Dinge:
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- 2G/3G
- LTE 4G
- Narrowband-IoT
- LTE-M
- LoRa WAN
- Sigfox
- und bald schon 5G
- 2G/3G
Auf der einen Seite stehen die standardisierten Mobilfunktechnologien, die eine Fortentwicklung des ersten wirklich weltweiten Standards „GSM“ darstellen. Mit jeder Generation wurden vor allen die übertragenen Datenmengen erhöht aber auch neue Frequenzen eingesetzt. Nutze man zur Zeit von GSM noch ausschließlich Bänder um 900 MHz, folgten anschließend 1800 MHz für GPRS, 2100 MHz für UMTS sowie 800 und 2600 MHz für LTE. Für die neue Mobilfunkgeneration 5G sind neben 3,5 GHz erstmals noch höhere, in der Vergangenheit nicht massentaugliche Frequenzen jenseits 20GHz vorgesehen.
Im Gegensatz zu diesen lizensierten, also kostenpflichtigen und regulierten Frequenzen werden, vor allem im Nahbereich unlizensierte Frequenzbänder nach bestimmten Regeln, z.B. begrenzte Sendeleistung und begrenzte Sendezeit genutzt. Diese Bänder liegen bei 433MHz oder 868 Mhz und wurden bisher für Anwendungen im Nahbereich wie Funkschlüssel, Außenthermometer oder Funkalarmanlagen genutzt. Hier wurden nun neue Technologien für den mehr oder weniger großflächigen Einsatz entwickelt. Daraus gingen LoRa WAN und Sigfox hervor, die erstmals eine Alternative zu den klassischen Mobilfunktechniken darstellen.
Ohne die jeweiligen individuellen Vor- und Nachteile ausführlich darzustellen stellt sich zunächst die Frage nach welchen Kriterien eine Technologie zu bewerten ist:
1. Funkverbindung
Wichtigste Voraussetzung ist natürlich die erfolgreiche Funkverbindung, d.h. die Reichweite und Versorgung des Endpunkts muss sichergestellt sein. Bei öffentlichen Netzen gilt es also die Netzabdeckung zu überprüfen. Im Falle von 2G/3G/LTE ist es von Vorteil Zugang zu mehreren Netzbetreibern zu haben um Versorgungslücken zu minimieren. Bei Technologien wie LoRA oder Sigfox besteht ggfs. die Möglichkeit der Funkversorgung mit eigener Infratsruktur „nachzuhelfen“.
2. Internationale Verfügbarkeit
Eng verbunden mit der Funkabdeckung ist die Frage, ob eine internationale Verfügbarkeit erforderlich ist. Produziere ich ein Gerät oder Anlage für den internationalen Markt, dann möchte ich keine 20 Varianten herstellen und managen. Hier gibt es zu 2G/3G und LTE bisher kaum eine Alternative. Sigfox bietet allerdings eine steigende Anzahl an Ländern und die Branche wartet darauf, daß Narrowband-IoT für Roaming freigeschaltet wird bzw. LTE-M ausreichend verfügbar wird.
3. Datenrate
Wieviele Daten sollen übertragen werden und ist die jeweilige Technologie dafür geeignet? Schmalbandtechnologien zu denen LoRA, Sigfox und Narrowband-IoT gehören sind explizit auf sehr geringe Datenmengen ausgelegt, bringen dafür aber andere Vorteile mit, z.B. beim Energieverbrauch und den Hardwarekosten. Mit 3G und LTE lassen sich sehr hohe Datenmengen bis mehrere Gigabyte bei hohen Datenraten von „echten“ ca. 10 Mbit/s (3G) oder ca. 50 Mbit/s (LTE) übertragen.
4. Hardwarekosten
Preise für Module variieren von unter 10€ pro Stück bei 2G, LoRa, Sigfox, und bald auch Narrowbad-IoT bis hin zu 40-70€ für LTE Module. Hinzu kommen natürlich die sonstigen Hardwarekosten für die Steuerung, Sensorik etc. Gerne werden auch sogenannte „Edge Gateways“ z.B. in Form des Raspberry Pi eingesetzt, die lokale Informationen per Bluetooth oder RFID sammeln und dann über eine WAN Verbindung in die Cloud oder Zentrale übermitteln.
5. Laufende Kosten für die Übertragung
In der Vergangenheit war das oft der höchste und damit abschreckendste Posten in der drahtlosen Kommunikation. Heute sind kleine Datenmengen egal ob über M2M SIMKarten, also Mobilfunk jeglichen Standards als auch über die öffentlichen Schmalbandnetze für weniger als 1€ pro Monat übertragbar. Sogar hohe Volumina wie Gigabytes sind in vielen Anwendungsfällen wirtschaftlich zu übertragen. Will man Daten international übertragen oder ist man kein Großkunde bei den klassischen Netzbetreibern sollte man sich an alternative M2M Anbeiter wenden, um gute Konditionen zu erhalten. Außerhalb Europas werden pro MB schnell mal 5€ aufgerufen obwohl die gleiche Leistung anderweitig für nur 20ct erhältlich ist. Hier gibt es erhebliche Unterschiede zwischen den Netzbetreibern und alternativen Spezialanbietern und es ist bedauerlich, wenn ein Projekt an dieser Stelle an überhöhten Preisen scheitert.
6. Energieverbrauch
Wirklich mobile Anwendungen finden ggfs. dort statt wo keine Stromversorgung existiert: Beim Tracking von Gegenständen, Einsatz von kleinen Sensoren oder einfach, weil eine Stromversorgung das Gerät unnötig verteuert. Hier schlägt die Stunde der Schmalbandtechnologien, denn diese sind auf Stromsparen optimiert und lassen sich mit Batterien über Monate oder gar Jahre betreiben. Trotzdem sollte man hier mit der nötigen Expertise genau hinschauen und testen.
7. Integration und Management
Klassische Mobilfunktechnologien lassen sich relativ einfach integrieren, da sich die gleichen Protokolle wie bei WLAN oder im Firmennetz nutzen lassen. Die schmalbandigen Technologien erfordern andere Protokolle und höheren Integrationsaufwand, weil meist eine Zwischenschickt eingeführt werden muß. Hinzu kommt bei allen Technologien das Management der Endpunkte, im Falle von Mobilfunk der SIM-Karten, die in hochentwickelten Managementportalen verwaltet werden, die meist auch per API ansprechbar sind.
Zuletzt muß man sicher auch die Zukunftsfähigkeit der Technologie bewerten und die Abhängigkeit, in die man sich am Ende bei der Festlegung auf einen Standard begibt.
Nichtsdestotrotz stehen hinter diesen vielen Kriterien vor Allem unzählige Möglichkeiten, die gerade in Deutschland viel zu wenig genutzt werden und die es gilt für bestehende und neue Anwendungen zum Wohle der Nutzer einzusetzen.