Narrowband-IoT - Der Gamechanger für die Produktvernetzung

Christian Pereira
Christian Pereira – Chief Operating Officer

Narrowband-IoT

Low Power Wide Area (LPWA) Netzwerke machen die Produktvernetzung für nationale und internationale Anwendungen erschwinglich und einfach. Dabei sind Narrowband-IoT (NB-IoT) und LTE für Maschinen (LTE-M) im lizensierten, zellularen Mobilfunk interessante Alternativen. Diese öffentlichen Dienste haben den Einsatzbereich von IoT Anwendungen und Geräten deutlich gesteigert. Der folgende Artikel nimmt Narrowband-IoT in den Fokus und erläutert Ihnen die Funktionalität und Vorteile.

Warum lizensierter, zellularer Mobilfunk über Narrowband-IoT?

Die Nutzung von Mobilfunkfrequenzen ist einer globalen Frequenzregulierung unterworfen. Es gibt freie Bänder wie das ISM (Industry, Science, Medical) Band. Dieses kann von Jedermann unter Einhaltung der nationalen Rahmenbedingungen kostenfrei genutzt werden. Die Rahmenbedingungen sind allerdings aus einer globalen Perspektive regional unterschiedlich. Die freie Nutzungsmöglichkeit führt zu einer nicht kontrollierbaren Verfügbarkeit und Übertragungsqualität. Der Grund: Im ISM müssen sich die untereinander nicht bekannten Nutzer das Frequenzspektrum teilen. Das ist für einige Anwendungen akzeptabel, für andere nicht. Wer Wert auf einen „Quality-of-Service“ oder eine verlässliche Verfügbarkeit legt, dem steht das Angebot der Mobilfunkanbieter offen. Diese haben bereits Frequenzen in der Fläche und im laufenden Betrieb zugeteilt oder im Rahmen von Auktionen erworben. Auf Basis dieser Ressource können sie eine verlässliche Qualität sicherstellen und anbieten. Zudem werden die Standardisierungen von einer internationalen Normierungsorganisation vorangetrieben. Dies gewährleistet, dass in vielen Ländern der Welt seitens unterschiedlicher Anbieter ein genau gleiches Angebot besteht. Eine einmal entworfene technische Lösung funktioniert so auch global verlässlich – ob im mobilen oder stationären Einsatz.

Schmalband und Breitband sind Begriffe aus der Kommunikationstechnik, die Datenraten bei der Übertragung von Daten bezeichnen. Bei einer Schmalband-Verbindung handelt es sich um eine Datenübertragung mit niedrigen Bandbreiten. Typische Beispiele für eine Schmalband-Verbindung sind etablierte Internetstandards wie analoge Modems oder ISDN-Modems. Im Gegensatz dazu bieten Breitband-Verbindungen eine hohe Datenübertragungsrate, sodass Daten deutlich schneller übertragen werden können. Zu Breitband-Verbindungen gehören etwa LTE und WLAN.

Mit dem Entstehen des Internet of Things kamen jedoch beim Übertragen von Daten neue Herausforderungen auf. Im Internet der Dinge sind Gegenstände und Sensoren miteinander vernetzt. Die Zahl von IoT-Geräten im Alltag wächst rasant an. In der Praxis stellte sich schnell heraus, dass die normalen Mobilfunknetze und SIM-Karten in Geräten wie bei Smartphones nicht für das IoT geeignet sind. Je mehr Geräte sich in die bestehenden Funkzellen einwählten, desto schneller waren Netzwerke überlastet. Sie konnten unter hoher Last nicht mehr verlässlich arbeiten, sodass die Nutzung von IoT-Anwendungen erschwert wurde.

Warum gibt es mit Narrowband-IoT und LTE-M zwei Standards?

Die konsequente Umsetzung der LPWA Philosophie, also geringer Energieverbrauch bei hoher Reichweite, wird mit NB-IoT verfolgt. Dieser Dienst ist für die Übertragung von nicht Echtzeit-kritischen, geringen Datenmengen wie Zustands- oder Ortungsinformationen optimiert. Es werden also Einschränkungen bei Durchsatz und Latenz zu Gunsten eines sehr reduzierten Energieverbrauchs und einer hohen Gebäudedurchdringung akzeptiert. Damit ist dieser Standard vornehmlich für den Batteriebetrieb mit langen Lebenszeiten tauglich. Der komplementäre Dienst LTE-M bietet geringere Latenzzeiten und einen höheren Durchsatz im Vergleich zu NB-IoT. Daher verbraucht er mehr Energie und er hat derzeit eine geringere globale Abdeckung. So wird der LTE-M Standard international in weniger Netzwerken unterstützt und als NB-IoT angeboten.

Um die angebotenen Dienste der verschiedenen internationalen Anbieter nutzen zu können, gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder muss man direkt Kunde des anbietenden Netzbetreibers sein, oder man nutzt eine sogenannte Interconnection Vereinbarung (Roaming) des Mobilfunkanbieters. Darin geht der hiesige Netzbetreiber eine Kooperation mit dem internationalen Mobilfunkanbieter ein, dessen Dienst man nutzen möchte. Diese Vereinbarungen werden für NB-IoT und LTE-M gesondert abgeschlossen. Für die Auswahl des Mobilfunkanbieters ist die Anzahl der abgedeckten Netze ein wichtiges Kriterium bei einer Internationalisierung. Fakt ist: Anwendungen, die eine hohe globale Abdeckung benötigen, sind derzeit mit NB-IoT besser beraten. Idealerweise werden in den vernetzten Produkten beide Standards zugleich unterstützt. Wichtig zu wissen: In der Regel wollen die Netzbetreiber beide Standards in ihren Netzen unterstützen. Aber es wird noch eine längere Übergangszeit geben, bis dies flächendeckend funktioniert.

Was ist Narrowband-IoT genau?

Narrowband-IoT ist ein Mobilfunkstandard, der insbesondere in Asien bereits seit längerem verbreitet ist. Seit einigen Jahren etabliert sich die Technologie auch in Europa und den USA. NB-IoT ist eine Erweiterung im LTE Standard und nutzt die bereits bestehende Mobilfunkinfrastruktur. Dabei handelt es sich um Antennenstandorte sowie teilweise bislang ungenutzte Frequenzbänder. Dies und die sehr schmal-bandige, effiziente Frequenznutzung macht dieses Angebot so effizient für Mobilfunkanbieter. Davon profitieren auch die Anwender – in Form von günstigen Preisen.

Im Gegensatz zum 5G-Netz oder dem LTE Standard ist Narrowband-IoT mit den niedrigen Bandbreiten speziell für geringe Datenmengen ausgelegt. Die Netzwerktechnologie eignet sich perfekt für die bi-direktionale Übertragung von Telemetriedaten oder Steuerungs- und Ortungsinformationen. Darüber hinaus bietet Narrowband-IoT einen optimierten, niedrigen Energieverbrauch und somit eine hohe Energieeffizienz. Der Betrieb in niedrigen Frequenzen sichert dabei eine besonders gute Gebäudedurchdringung, was den Einsatz auch im Inneren ermöglicht.

Mit Narrowband-IoT lassen sich auch Anwendungen gestalten, bei denen das Internet of Things bislang an der Wirtschaftlichkeit scheiterte. Mitunter waren die Anforderungen an Energieversorgung und Umgebungsbedingungen zu hoch und technisch nicht möglich. Besonders betroffen waren Anwendungsbereiche, die keine hohen Datenraten benötigen, aber international einheitlich laufen sollen. grandcentrix hat hierfür bereits ein lukratives Angebot geschaffen. Narrowband-IoT mit direkter Konnektivität ab 1 Cent am Tag finden Sie hier.

Was bedeutet Internet of Things (IoT)?

Das Internet of Things (IoT) ist das Internet der Dinge. So nennen sich Netzwerke von physischen Objekten, die mit weiteren Geräten und Systemen über das Internet verbunden sind. So können Daten mittels integrierter Sensoren, Software und anderer Technologien zwischen den Objekten ausgetauscht werden. Im Privatbereich findet sich die IoT-Technologie heute schon in verschiedenen Haushaltsgegenständen wieder. Besonders stark vertreten ist das Internet der Dinge aber in anspruchsvollen smarten Produkten und in der Industrie. Aktuell gibt es mehr als 7 Milliarden vernetzte IoT-Geräte auf der Erde. Die Prognosen verheißen weiteres Wachstum. Laut Einschätzung von Experten wird die Anzahl der IoT-Anwendungen bis zum Jahr 2025 auf 22 Milliarden ansteigen.

Mit eingebetteten Geräten im IoT ist eine nahtlose Kommunikation zwischen Mitarbeitern, Prozessen und Objekten möglich. Dabei helfen kosteneffiziente Computer- Cloud-, Big Data-, Analyse- und Mobile-Technologien wie z.B. Edge Computing, um Daten zwischen physischen Objekten auszutauschen. Für die Erfassung ist nur ein minimales menschliches Eingreifen erforderlich. So bildet das Internet der Dinge eine hypervernetzte Welt ab. Digitale IoT-Systeme können jede Interaktion zwischen verbundenen Objekten aufzeichnen, überwachen und anpassen. Die physische und die digitale Welt arbeiten im IoT immer Hand in Hand.

Eine Technologie auf dem Vormarsch: IoT-Sicherheit im Detail

grandcentrix hat sich zu einem führenden Anbieter von Narrowband-IoT in Deutschland entwickelt. Als Tochterunternehmen von Vodafone verstehen wir uns auf den optimalen Einsatz insbesondere auch von etablierten Mobilfunk-Standards. Dabei liegt ein Teil-Fokus auch immer auf der Einhaltung der notwendigen Sicherheitsmerkmale im gewählten Netzbetrieb. Dies wird als wesentliches Qualitäts- und Sicherheitsmerkmal zunehmend, wie auch in den Vorgaben des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, gefordert. Im Mittelpunkt steht die jüngste Bekanntmachung zum Thema IoT-Sicherheit in Smart Home, Produktion und sensiblen Infrastrukturen.

BegriffDefinition
3GPP3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk; konkret für UMTS, GSM, LTE und 5G/NR.
Internet of ThingsKurzform: IoT, Übersetzt: „Das Internet der Dinge (IdD)“, ist ein Sammelbegriff für Technologien einer globalen Infrastruktur, die es ermöglichen, physische und virtuelle Objekte miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken zusammenarbeiten zu lassen.
LPWANLow Power Wide Area Network (LPWAN oder LPN, deutsch: Niedrigenergieweitverkehrnetz) beschreibt eine Klasse von Netzwerkprotokollen zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten wie batteriebetriebene Sensoren mit einem Server. Das Protokoll ist so ausgelegt, dass eine große Reichweite und ein niedriger Energieverbrauch der Endgeräte bei niedrigen Betriebskosten erreicht werden können.
LTE-MLTE for Machines, kurz LTE-M bzw. LTE-Cat-M1, ist auch bekannt unter der Bezeichnung Enhanced Machine-type Communications, kurz eMTC. Es handelt sich um einen ergänzenden Standard der 3GPP (Release 13) für LTE. Damit kann ein LTE-Netzbetreiber sein Mobilfunknetz für die typischen Anwendungen im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ausrüsten.
NB-IoTDas Schmalband-Internet der Dinge (NB-IoT) ist ein vom 3GPP entwickelter Funkstandard für Low-Power-Wide-Area-Network (LPWAN) für Mobilfunkgeräte und -dienste.