Internet of Things

NB-IoT verschafft dem Internet der Dinge den Durchbruch

Huawei im Dialog - NB-IoT Technologiestandard Industrie 4.0

Die neuen, schnellen Breitbandnetze sind Voraussetzung für die nächste Stufe der Vernetzung von Wirtschaft und Gesellschaft.

Wo heute noch vom Menschen bediente Computer und Mobilgeräte dominieren, übernehmen in Zukunft innovative Technologien mit autonomer Kommunikation. Die Schmalbandtechnologie für das Internet der Dinge wird vielen Anwendungen zum Durchbruch verhelfen.

Industrie 4.0 – bezeichnet die nächste industrielle Revolution. Möglich wird diese durch einen Quantensprung beim Vernetzungsgrad der uns umgebenden Welt. Die Analysten von Gartner prognostizieren, dass bis zum Jahr 2020 bis zu 20 Milliarden Geräte mit dem Internet verbunden sein werden. In der Konsequenz wird sich das Internet, wie wir es heute kennen, drastisch verändern: Der Fokus verlagert sich – weg von durch Menschen bedienten Computern und Mobilgeräten hin zu einem Netz autonomer und intelligenter  Endgeräte und Sensoren, dominiert von der Kommunikation zwischen Maschinen (M2M). Das Internet der Dinge (Internet of Things, kurz: IoT) wird Wirklichkeit

Für die Industrie, aber auch für kleine und mittelständische Unternehmen, öffentliche Einrichtungen und Privatanwender eröffnen sich im IoT völlig neue Möglichkeiten. Fernwartung beziehungsweise -diagnose erzeugen einen Strom an Daten, der in Verbindung mit innovativer Hardware und modernen Dienstleistungen völlig neue Wertschöpfungen ermöglicht – von effizienteren Logistiklösungen, die komplett neue Marktsegmente erschließen, bis zu Anwendungen, die über die Cloud erbracht und nach Abruf abgerechnet werden – z. B. im Bereich der Ver- und Entsorgung oder im Gebäudemanagement von Wohn- und Gewerbeobjekten.

Geschäfts- und Privatanwender können diese IoT-Dienste in den meisten Fällen über ihre existierenden mobilen Endgeräte steuern – beispielsweise mit Apps, die mit den Webservern interagieren, welche wiederum mit den IoT-Objekten verbunden sind.

Die dabei anfallenden Datenmengen sind erheblich und verstärken den Druck auf die Akteure im Kommunikationsnetzbereich, die Netze entsprechend zu ertüchtigen und sich auf Standards zu einigen. In diesem Zusammenhang ist bereits heute klar, dass die derzeit eingesetzten Standards und Protokolle, wie z. B. die seit Anfang der 90er Jahre etablierte digitale Mobilfunktechnologie GSM, für das Internet der Dinge nicht mehr ausreichen und dringend ersetzt bzw. überarbeitet werden müssen. Zwar waren die GSM-Verfügbarkeit, der SMS-Dienst beziehungsweise der Paketdatendienst GPRS bisher für viele Anwendungen mit moderaten Datenanforderungen ausreichend. Doch das exponentielle Wachstum der vernetzten Geräte durch das Internet der Dinge wird sich mit den heutigen GSM-Mobilfunknetzwerken nicht mehr bedienen lassen.

Das Internet der Dinge stellt hohe Anforderungen an die Mobilnetzwerke

Die Schlüsselanwendungen der Zukunft, zum Beispiel in den Bereichen Smart Home, Smart City, E-Health, Fernwartung, Energiemanagement und Mobilität stellen höhere Anforderungen hinsichtlich Reichweite, Gerätedichte pro Fläche und Batterielaufzeiten. Auch erlaubt eine Kostensenkung pro Verbindungsmodul gegenüber dem gegenwärtigen Niveau viele weitere Anwendungsfälle.

Jahrelang wurde versucht mit Low Power, Wide Area (LPWA) Technologien eine Lösung zu etablieren, die diesen Anforderungen gerecht wird. Allerdings hat sich gezeigt, dass Sie mit einigen Nachteilen einher geht, die der Umsetzung der Vision vom Internet der Dinge im Wege stehen, z. B. Fragmentierung in konkurrierende Standards oder die Notwendigkeit des Aufbaus neuer Mobilfunknetze für LPWA neben den bereits existierenden.

Der NB-IoT Technologiestandard ist der Schlüssel zur Industrie 4.0

Der Einsatz der Narrow Band-IoT-Technologie (Schmalbandtechnologie für das Internet der Dinge, kurz NB-IoT) vermeidet diese Nachteile. Der 3GPP Standard wurde dieses Jahr im Juni verabschiedet Experten gehen davon aus, dass die Implementation von NB-IoT das Internet der Dinge in Deutschland weiter vorantreibt, denn der neue Standard wird von weiten Teilen der TK-Industrie unterstützt. Eine Fragmentierung wie bei LPWA droht nicht. Zudem gibt es eine klare Roadmap: die ersten Netz-Implementierungen durch die Mobilfunkbetreiber in Deutschland sind bereits im kommenden Jahr, 2017, geplant.

Neben der breiten Unterstützung in Deutschland und weltweit, machen folgende Charakteristika NB-IoT zur ersten Wahl:

  • Die Bereitstellung der Technologie erfolgt durch Aufrüstung der bestehenden Mobilfunknetze unter weitgehender Verwendung der bestehenden Radio-Infrastruktur und bereits lizensierter Frequenzbänder. Einzelne GSM-Kanäle als auch die UMTS/LTE-Schutzbänder können genutzt werden. Darüber hinaus wird auch die Einbettung der NB-IoT-Signale in die LTE-Träger unterstützt. Damit ergeben sich weitgehende Synergien mit den bestehenden Mobilfunknetzen – mit den entsprechenden Vorteilen.
  • Mit +20dB höherer Reichweite als GPRS und einer erwarteten Indoor-Abdeckung von 99,5 Prozent ermöglicht NB-IoT die Einführung von IoT-Diensten praktisch überall.
  • Minimaler Stromverbrauch ist eine Grundvoraussetzung für 80 Prozent der Anwendungsfälle im Internet der Dinge – zum Beispiel beim Einsatz in Smart Metern, Mobilitätslösungen und Wearables. Batterielaufzeiten von bis zu zehn Jahren sprechen hier ganz klar für NB-IoT.
  • Wenn man davon ausgeht, dass in Zukunft jeder Haushalt über Smart Devices verfügt, muss jede Mobilfunkzelle in der Lage sein, bis zu 50.000 Geräte zu versorgen – eine Anforderung, die NB-IoT erfüllt.

Industrial- und Public-IoT spielen ihre Vorteile bei der Maschinenkommunikation voll aus

NB-IoT kann viele Vorteile bei wichtigen IoT-Anwendungen ausspielen. Einige Beispiele:

  • Smart Metering, also der Einsatz von intelligenten Mess- und Steuerungssystemen im Strom-, Gas- und Wassernetz auf IoT-Basis, wird dazu beitragen, die Kosten für die Ablesung von Stromzählern zu senken und durch Lastverschiebungen, Einspeise- und Lademanagement die Stromnetze zu entlasten.
  • Im Bereich Smart City wird intelligente Straßenbeleuchtung nicht nur die kommunalen Stromrechnungen senken, sondern auch die Sicherheit erhöhen: Die Straßenbeleuchtung wird sich den Bewegungen von Fußgängern, Fahrradfahrern und Autos anpassen, Stromverbrauch, Wartungskosten und Lichtverschmutzung werden gesenkt.
  • Die just-in-time-Produktion in der Industrie kann weiter optimiert werden. Tracking-Daten von Frachtcontainern ermöglichen die permanente Lokalisierung von Vorprodukten für die eigene Produktion. Die Lieferkette wird in Echtzeit überwacht; bei Problemen, Verlust oder Verzögerungen kann schnell reagiert werden. Physische Vermögenswerte in der Logistik- und Transportwirtschaft werden durch „Asset Tracking“ anhand von Geodaten in Echtzeit verfolgt – so wird die Sicherheit der gesamten Lieferkette verbessert.

Nach der Einführung von NB-IoT warten weitere Baustellen

Eine jüngst von Huawei für den deutschen Markt erstellte Geschäftsstudie zum Thema NB-IoT kommt zum Schluss, dass neben der Netzverbindung die Aspekte wie Sicherheit, Abrechnung und Big-Data-Analyse die entscheidenden Anreize für die Nutzung der IoT-Technologien in Deutschland sind. Nach der erfolgreichen Etablierung von Standards wie 3GPP und der daraus folgenden Weichenstellung für NB-IoT, sollten Marktakteure, Kommunikationsanbieter und die Politik auch für diese Faktoren gemeinsame Lösungen finden, um das Potenzial von NB-IoT für die Digitalisierung Deutschlands nutzbar zu machen.