17. Juni 2018

Der drahtlose Weg in die Cloud mit IoT Connectivity

Die führenden Technologie-Anbieter der IoT-Cloud-Dienste, darunter Amazon, Google, IBM, Microsoft und SAP, überlassen es dem Anwender, wie seine IoT-Geräte die Cloud-Dienste überhaupt erreichen sollen. Nur die großen Telekommunikationsanbieter bündeln oft ihre Netze und Cloud-Dienste in komplette IoT-Angebote. 

Natürlich versuchen die Telcos ihre eigenen drahtlosen Technologien in lizenzierten Frequenzbereichen zu pushen, da diese Lizenzen oftmals kostspielige Zukunftsinvestition waren. Darüber hinaus gibt es aber auch einige Technologien in den nicht-lizenzierten Frequenzbändern. In Europa ist hier insbesondere das 868 MHz Band interessant. Die drahtlose IoT Connectivity wurde als einer der wichtigen IoT-Trends in 2018 identifiziert und so mehren sich die Anfragen zum Vergleich und der richtigen Auswahl der Wireless-Technologien. Grund genug hier eine Orientierungshilfe zu geben.

IoT Wireless Technologie – Schnelligkeit ist nicht das Wichtigste

Dr. Stefan Ried

„Einige Hersteller und Telcos arbeiten hier noch an der vollständigen Automatisierung der Software, so dass sehr bald solche “Self-Healing Multi-Band Mesh Networks” möglich sind,“ so Dr. Stefan Ried zum Thema IoT Connectivity.

Zu diesem Thema möchten wir gerne drei Gruppen vorstellen: 1. die Mobilfunktechnologie. Hier handelt es sich ausschließlich um lizenzierte Frequenzbänder, die man vom Smartphone kennt und exklusiv von Telcos betrieben werden. Der Fokus lag dabei immer auf der Bandbreite des Smartphones, nicht jedoch auf dem Energieverbrauch des IoT-Devices oder einer guten Eindringung in Gebäude. Nichtsdestotrotz sind diese Technologien heute weiterhin relevant. Folgende dürften Ihnen hier bekannt sein: GPRS, EDGE, HSPA, LTE 4G und LTE 5G.

Die 2. Technologie ist die Low Power Wide Area (LPWA) Technologie. LPWA ist der Sammelbegriff für verschiedenste Technologien. Diese teilen sich zunächst lizenzierte Frequenzen mit den Vertretern NB-IoT oder LTE-M und die nicht-lizenzierten Frequenzbändern mit den bekannten Beispielen Sigfox oder LoRaWAN. Alle LPWA-Technologien sind für IoT Use Cases optimiert. Dadurch können sich IoT Devices mit erheblich weniger Energieaufwand in diese Netze einkoppeln.

Die 3. und letzte Technologie sind die Gebäudenetze. Hier sind neben den kabelgebundenen Netzen wie Ethernet, KNX usw. hauptsächlich Wifi, Bluetooth und Zigbee im Einsatz. Daneben gibt es noch eine Menge andere drahtlose “Feld-Technologien”, die entweder im Smart-Home Umfeld oder im industriellen Umfeld zum Einsatz kommen.

Der Überblick über die wichtigsten IoT-Wireless-Technologien hilft nun dabei die Frage in welche Wireless-Technologie man seine Sensoren und Aktoren oder komplexere IoT-Devices einbetten soll, zu beantworten. Stromversorgung und Reichweite spielen die wichtigste Rolle. Auch die Entscheidung ob man sich innerhalb oder außerhalb von Gebäuden bewegt, ist sehr wichtig. Während eine Straßenlampe eher eine LoRa Verbindung benötigt, ist für eine Büro-Leuchte Zigbee oder Bluetooth praktischer.

Der Weg in die Cloud

Hat man eine der drahtlosen IoT-Technologien gewählt bleibt die Frage, wie die Devices tatsächlich ins Internet zu ihrer IoT Cloud routen. Die Anbieter der lizenzierten Optionen NB-IoT und LTE-M bieten wie die anderen Mobilfunk-Optionen auch immer ein Routing ins öffentliche Internet an. Anders gestaltet sich das hingegen bei LoRa und Sigfox. Die LoRa Infrastruktur ist unter Umständen wirklich privat für eine Stadt oder ein großes Firmengelände. Bei Sigfox handelt es sich sogar nicht einmal um ein IP-Protokoll. Das proprietäre Sigfox-Protokoll gleicht eher einfachen “Morsesignale”, die gar nicht direkt mit einer offenen Technologie lesbar sind. Sigfox betreibt deshalb einen eigenen Cloud-Dienst. Möchte man sicherstellen, dass die eigenen Sensoren keinen “digitalen Trace” auf fremden Servern hinterlassen, ist ein selbst betriebenes LoRa-Netz die attraktivste aber aufwendigste LPWA-Option.

IoT Connectivity

Routing-Wege in die IoT Cloud. Quelle: crisp-research

 

Kombinieren Sie ihre Technologien mit Mesh-Netzwerken

Von Mesh-Netzwerken spricht man, wenn mehr größere Topologien aus vielen Netzwerk-Nodes gebaut werden, die nur mit einer Stromversorgung angeschlossen sind. Lediglich ein Node – oder wenige aus Redundanzgründen – haben einen Internet-Anschluss. Alle anderen Nodes suchen sich Bandbreite von ihren Nachbar-Nodes oder leiten Traffic an ihre Nachbarn weiter. Damit lassen sich beispielsweise sehr große Bluetooth-Netzwerke oder ein über mehrere Ortsteile verteilte Wifi Mesh-Netz bauen.

Grundsätzlich kann man mit jedem symmetrischen Netzwerkprotokoll Mesh-Netze bauen. Die meisten LPWA sind aber bewusst unsymmetrisch, um auf dem IoT Device Energie zu sparen. Die LoRaWAN oder NB-IoT Access Points benötigen deshalb eine Netzversorgung über eine andere Technologie. Mit der Bluetooth-Technologie funktionieren Mesh-Topologien seit Mitte letzen Jahres auch offiziell gut. Die meisten Maschinen generieren untereinander ein selbst organisiertes Bluetooth-Mesh. Um alle Maschinen ins Internet zu bringen, würde es schon reichen, dass mindestens eine Maschine beispielsweise in ein NB-IoT routen kann. Sie bietet sich selbst als Gateway an und versorgt alle anderen Mesh-Teilnehmer.

 

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Quelle Titelbild: iStock/ LeoWolfert