Narrowband-IoT: Konnektivität für besondere Anforderungen (Teil 1)

Dieser Blog-Beitrag ist der erste Teil einer Serie, die sich mit Narrowband-IoT und den damit verbundenen Besonderheiten bei der Datenübertragung befasst. In diesem Teil stelle ich die Technologie sowie die Indikatoren vor, die für oder gegen den Einsatz von Narrowband-IoT sprechen.

Der Mobilfunkstandard Narrowband-IoT (NB-IoT) wird ab 2021 in Deutschland flächendeckend verfügbar sein und trägt das Zusatz „IoT“ zu Recht im Namen. Mit dieser Technologie lassen sich Feldgeräte wie Gas-, Wasser- und Stromzähler oder Parksensoren auch in unwirtlichen und schwer zugänglichen Umgebungen kostengünstig mit der Cloud verbinden – zumindest wenn die anfänglichen Hürden überwunden sind.

Was ist NB-IoT?

Technologien rund um ein Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) finden in den letzten Jahren immer größere Verbreitung. Neben NB-IoT ist hier unter anderem das Low-Range Wide-Area Network (LoRaWAN) zu nennen. Während LoRaWAN spezielle Gateways zur Kommunikation benötigt, erfolgt die Kommunikation bei NB-IoT über das Mobilfunknetz und wird in Deutschland bis 2021 flächendeckend verfügbar sein.

Die physikalischen Eigenschaften dieses Mobilfunkstandards ermöglichen die Übertragung von Daten mit niedrigen Übertragungsraten von bis zu 159 kbit/s auf niedriger Frequenz (800 bzw. 900 MHz). Und das bei geringerem Energieverbrauch als herkömmliche Geräte, die ebenfalls im LTE-Spektrum arbeiten.

Klassische Use Cases von Narrowband-IoT liegen daher in den Bereichen des Smart Metering, der Gebäudeautomatisierung sowie des Trackings, also der Nachverfolgung von Objekten. Ein denkbares Szenario ist die stündliche oder tägliche Übermittlung von Messwerten eines Stromzählers aus dem Keller eines Mehrfamilienhauses. Diese erfordert weder die Übertragung großer Datenmengen noch die schnelle Datenübertragung – es bedarf jedoch einer guten Gebäudedurchdringung, die herkömmliche Mobilfunktechnologie wie LTE aufgrund ihrer hohen Frequenz von bis zu 2.600 MHz, nicht mitbringt.

Neben einer sehr guten Gebäudedurchdringung weisen NB-IoT-Lösungen einen sehr niedrigen Energiebedarf auf. Weitere klassische Use Cases liegen daher in den Bereichen Smart City und Logistik – also Anwendungsfälle, für die Geräte an schwer oder nicht öffentlich zugänglichen Orten ohne externe Stromversorgung installiert werden. Müssen diese regelmäßig gewartet oder beispielsweise Batterien vor Ort von einem Techniker getauscht werden, ist dieser Aufwand für einige wenige Geräte vertretbar, handelt es sich aber um mehrere hundert oder tausend Geräte, skaliert dieser Ansatz nicht mehr.

Ist mein Szenario für NB-IoT geeignet?

Neben einer Reihe von Gründen, die für den Einsatz von Narrowband-IoT als Kommunikationskanal sprechen, gibt es auch einige Aspekte, die den Einsatz verhindern können. Dazu zählen:

• Datenmenge: NB-IoT-Tarife sehen in der Regel die Übertragung von einigen hundert Megabyte über mehrere Jahre vor. Insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten führt die Übertragung größerer Datenmengen zu einer drastischen Verkürzung der Akkulaufzeit. Sofern hier keine Einschränkungen (zum Beispiel durch den Netzbetrieb) bestehen, kann eine Übertragungstechnologie wie LTE-M besser geeignet sein.
• Datenrate: Wird eine hochfrequente Datenübertragung benötigt, weil Messwerte „in Echtzeit“ in der Cloud verfügbar sein sollen, ist der Einsatz von NB-IoT nicht geeignet.
• Hochverfügbarkeit aus der Cloud: Sofern das Endgerät batteriebetrieben ist, sollte das Modul, wenn keine aktiven Daten empfangen oder gesendet werden, in den Standby-Modus wechseln, um Energie zu sparen. Ist dies aufgrund des Use Case nicht möglich, da die Steuerung des Gerätes aus der Cloud jederzeit möglich sein muss, sollte auf den Einsatz von NB-IoT verzichtet werden.

Sofern weder große Datenmengen noch häufige Übertragungen oder sofortige Verfügbarkeit aus der Cloud Kriterien sind, kann NB-IoT als möglicher Übertragungsweg in Betracht gezogen werden.

Was ist zu beachten?

Um NB-IoT sinnvoll einsetzen zu können – sei es im Hinblick auf begrenzte Datenkontingente von Mobilfunkverträgen oder den sparsamen Umgang mit batteriebetriebenen Endgeräten –, ohne relevante Aspekte wie die Sicherheit zu vernachlässigen, müssen verschiedene weitere Faktoren berücksichtigt werden.

Auf diese Herausforderungen und wie man ihnen begegnen kann, gehe ich im zweiten Teil meiner Blog-Serie zum Thema Narrowband-IoT ein.