Wie Narrowband IoT das Internet der Dinge beflügelt
Internet of Things

Narrowband IoT

Niedriger Energieverbrauch, niedrige Kosten: Wie Narrowband IoT dem Internet der Dinge auf die Sprünge helfen kann.

Für viele Anwendungen im Internet der Dinge ist der klassische Mobilfunk nicht effizient genug. Als einer der zukünftigen Standards wird daher Narrowband IoT eingeführt.

Narrowband IoT (NB-IoT) ist nicht einfach nur ein weiterer Funkstandard, er soll unvermeidliche Probleme lösen. 20 Milliarden, 30 Milliarden, 50 Milliarden – Beratungshäuser und Marktforscher überbieten sich derzeit bei der Prognose, wie viele Geräte wohl bis 2020 im Internet der Dinge miteinander verbunden sein werden. Welche Zahl auch immer zutreffen wird: Es werden zu viele sein für die derzeitigen Netze.

Unterschiedliche Netze für unterschiedliche Use Cases

Die Wahl des Netzes für das Internet of Things (IoT) hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Kurze Übertragungswege wie in einem Smart Home, einem Supermarkt oder einer Fabrik lassen sich effektiv mit WLAN und LAN oder Nahfeldtechnologien wie Bluetooth, NFC (Near Field Communication) oder RFID (Radio-Frequency Identification) überbrücken. Für größere Distanzen, die Anbindung an die Cloud und vor allem den Zugriff über mobile Geräte wie Laptop, Tablet und Smartphone wird der Mobilfunk genutzt.
Doch dieser wird bald an seine Grenzen stoßen. Die von der International Telecommunication Union (ITU) errechnete Zahl der Mobilfunkanschlüsse hat in diesem Jahr die Zahl der Menschen auf der Erde überschritten. Das bedeutet einerseits ein stetig steigendes Datenaufkommen, welches die Netze bewältigen müssen – und Mobilfunkfrequenzen sind knapp und immens teuer. Es bedeutet andererseits auch – vor allem in den Städten – immer mehr Teilnehmer pro Funkzelle. Das Internet der Dinge mit seinen vernetzten Wearables, Autos und Geräten verschärft dieses Problem noch. Doch es zeichnet sich eine Lösung am Horizont ab: die neue Funktechnologie Narrowband IoT.

Vorteile von NB-IoT: Masse und Reichweite

Im Sommer 2016 hat das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) NB-IoT standardisiert. NB-IoT ermöglicht unter anderem die Adressierung von bis zu 50.000 Teilnehmern pro Funkzelle und wurde speziell für Anwendungen im Internet der Dinge entwickelt, zum Beispiel beim Smart Metering. Denn bei Gas- und Wasserzählern im Keller stoßen herkömmliche Mobilfunkverbindungen an ihre Grenzen. Hier wird ein Funkmodul mit hoher Gebäudedurchdringung benötigt, das möglichst auch noch ohne externe Stromversorgung auskommt. NB-IoT erreicht hier eine um 20 Dezibel höhere Leistung als GSM (Global System for Mobile Communication); die Module können mit Batterien betrieben werden.
Gleichzeitig weist NB-IoT eine hohe Reichweite auf und kann so für das Tracking von Containern und Gütern oder die Überwachung von Tanks, Windrädern und Nutztieren in der Landwirtschaft ebenso genutzt werden wie für das Vernetzen von Straßenlaternen, Ticketautomaten, Mülltonnen und Parkplätzen.

Weiterer Pluspunkt: Niedrige Kosten

Hinzu kommen die niedrigen Kosten: Bei vielen dieser Anwendungen fallen nur geringe Datenmengen bei extrem niedrigen Datenraten von unter 100 bit/s bis zu wenigen kbit/s an, die zudem keine permanente Verbindung benötigen. Außerdem ist der Netzbetrieb in einem Spektrum von lediglich 200 kHz möglich – die Kosten für die Übertragung der Daten sind also sehr gering. Auch der Betrieb der Module wird extrem günstig sein: Wenn immer nur kleine Datenpakete in großen Zeitabständen verschickt werden, kommt ein NB-IoT-Modul mit sehr wenig Energie und somit bis zu zehn Jahre mit einer handelsüblichen Batterie aus – und zwar ohne Wartungskosten. Zudem werden sich die Module sehr preiswert produzieren lassen. So ist die kostengünstige und großflächige Vernetzung vieler Geräte möglich.

Alternative LPWA-Technologien

NB-IoT gehört mit niedrigem Energieverbrauch und großer Reichweite zu den sogenannten Low Power Wide Area (LPWA)-Technologien und kann technisch entweder in GSM- oder LTE-Frequenzen realisiert werden. Als zweiten LPWA-Standard hat die 3GPP Long Term Evolution for Machines (LTE-M) zertifiziert, eine Erweiterung des LTE-Standards speziell für die Datenübertragung im Internet der Dinge. LTE-M erreicht deutlich höhere Übertragungsgeschwindigkeiten als NB-IoT im Down- und Uplink, benötigt aber auch eine deutlich höhere Bandbreite. Die beiden Technologien ergänzen sich also bei der Versorgung unterschiedlicher IoT-Anwendungen. Als dritter Standard wurde Extended Coverage (EC-GSM-IoT) definiert: Mobilfunkprovider, die über kein ausreichendes LTE-Spektrum für NB-IoT oder LTE-M verfügen, können mit EC-GSM-IoT ihr GSM-Spektrum nutzen.

Unlizenziertes vs. lizenziertes Spektrum

Eine große Reichweite bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch bieten auch die Technologien LoRaWAN, Weightless, Sigfox, RPMA oder UNB. Sie nutzen allerdings, ähnlich wie Bluetooth oder WLAN, das unlizenzierte Frequenzspektrum. Vorteil: Es ist frei verfügbar. Nachteil: Es ist nicht so streng reguliert wie das lizenzierte Spektrum; verschiedene Technologien können sich daher gegenseitig stören.
Da NB-IoT, LTE-M und EC-GSM-IoT das lizenzierte Spektrum nutzen, sind hier zudem wie beim regulären Mobilfunk Qualitäts-, Sicherheits- und Datenschutzstandards gewährleistet. Und weil bestehende Infrastruktur benutzt werden kann, ist der Aufbau eines komplett neuen Netzes nicht notwendig. Ein Rollout kann daher auch schnell umgesetzt werden: Die Deutsche Telekom beispielsweise hat ihre Mobilfunkmasten durch ein einfaches Software-Update NB-IoT-fähig gemacht und als erste kommerzielle Anwendung ein Smart-Parking-System umgesetzt. 2017 sollen weitere NB-IoT-Lösungen folgen.

5G: Schnell und leistungsstark

Allerdings: IoT-Anwendungen wie autonomes Fahren, Connected Car oder auch Fern-Operationen benötigen eine Technik, die Daten nahezu in Echtzeit übertragen kann. Hier stoßen die LPWA-Standards an ihre Grenzen. Latenzzeiten von unter einer Millisekunde – bei Datenraten bis zu 50 Gbit/s – bietet nur der neue Funkstandard 5G. Hierzu mehr in einem der kommenden Blickwinkel „Netze der Zukunft“.

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