Das Internet der Dinge, kurz IoT (Internet of Things), gilt als wichtiger Zukunftsmarkt – und auch als Schmelztiegel für Branchen und Technologien. Die auf IoT und M2M-Kommunikation spezialisierten Marktanalysten Machina Research gehen davon aus, dass die Zahl der IoT-Geräte von sechs Milliarden im Jahr 2015 auf 27 Milliarden im Jahr 2025 zunehmen wird. Andere Beobachter prognostizieren sogar, dass bereits 2020 über 25 Milliarden IoT-Knoten aktiv sind – ein enormes Potenzial.

Drahtlose Konnektivität ist in diesem IoT/M2M-Markt eine Schlüsselfunktion. Für viele Applikationen, zum Beispiel in den Bereichen Wellness/Fitness, Gebäudesicherheit und -automatisierung, reichen die begrenzten Reichweiten von Funktechniken wie WLAN, BLE oder Zigbee aus. Heute sind rund 70 Prozent aller IoT-Produkte über solche Technologien angebunden.

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Bild 1: Das Location-Tracking in der Logistikbranche erfordert eine Konnektivitätslösung mit großer Reichweite, wie sie der Mobilfunk bietet.

Viele neue, innovative IoT-Anwendungen benötigen jedoch eine örtliche Ungebundenheit der IoT-Endpunkte – beispielsweise das Location-Tracking in der Bau- oder Logistikbranche (Bild 1) oder Nahverkehrs- und Car-Sharing-Anwendungen (Bild 2) in Smart Cities. Daher werden immer mehr Geräte über Mobilfunk angebunden: Machina Research prognostiziert hier eine Zunahme von heute rund 400 Millionen IoT-Devices auf 2,2 Milliarden im Jahr 2025. Fast die Hälfte dieser IoT-Verbindungen wird laut der Prognose auf den Connected-Car-Sektor entfallen.

Mobilfunk für IoT-Anwendungen

Das Verschmelzen von Technologien mit unterschiedlichen Entwicklungsgeschwindigkeiten, die auch noch Teil verschiedener Wertschöpfungsketten sind, ist eine große Herausforderung für Entwickler. Beim IoT treffen beispielsweise Funkstandards auf industrielle Long-term-Applikationen. Ein Aufzug etwa muss bei regelmäßiger Wartung mehrere Jahrzehnte funktionieren. In dieser Zeit entwickeln sich Wireless-Technologien mehrere Generationen weiter. Trotzdem muss sichergestellt sein, dass beispielsweise IoT-Alarmgeber über Jahre zuverlässig funktionieren. Daher sind Entwickler gut beraten, auf eine breit eingeführte Funktechnik zu setzen.

Eine besonders großflächige Abdeckung bietet das GSM-Netz (Global System for Mobile Communication). Es löste Anfang der 1990er Jahre die analogen Mobilfunkstandards der ersten Generation ab und markiert den Wechsel zum Mobilfunk der zweiten digitalen Generation („2G“). Heute ist GSM mit seinen Derivaten GPRS und EGDE der weltweit am weitesten verbreitete Mobilfunkstandard. In Europa ist er praktisch überall verfügbar.

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Bild 2: Auch beim Carsharing spielt die Vernetzung per Mobilfunk eine wichtige Rolle. Fotolia

2G erreicht im Vergleich zu seinen Nachfolgern wie UMTS (3G) und LTE (4G) nur recht bescheidene Datenraten. Für das Übermitteln von Sensordaten und Steuerbefehlen reichen diese aber problemlos aus. Gegenüber „Low Power Wide Area Networks“ (LPWAN) wie zum Beispiel Sigfox oder LoRa bietet 2G den Vorteil einer uneingeschränkten bidirektionalen Kommunikation zwischen Basis und IoT-Knoten. Eine zuverlässige Netzwerkinfrastruktur ist bereits vorhanden, und der Datendurchsatz kann deutlich höher sein.

Darüber hinaus verfügt 2G über integrierte Security- und Quality-of-Service-Funktionen, die eine hohe Verbindungsqualität und Datensicherheit ermöglichen. Hinzu kommen die vergleichsweise geringen Kosten für Infrastrukturausrüstungen und Komponenten. Mit diesen Eigenschaften ist 2G als Verbindungstechnologie für IoT-Applikationen gut geeignet.

Wie bei jeder Wireless-Technologie ist jedoch auch die Nutzungsdauer von 2G begrenzt. In der Schweiz haben erste Provider einen Ausstieg für 2020 angekündigt. In anderen europäischen Ländern wird der Funkstandard deutlich länger verfügbar sein. Mobilfunknetzbetreiber Orange bietet eine Verfügbarkeit bis mindestens 2025. Dafür arbeitet der französische Konzern in jedem EU-Nachbarland mit wenigstens zwei Roaming-Partnern zusammen.

2G-Konnektivität ohne Aufwand nutzen

Damit ein Mobilfunkprovider die von Endgeräten übertragenen Daten eindeutig zuordnen und regelmäßig fakturieren kann, müssen sich die verwendeten SIM-Karten jederzeit eindeutig identifizieren lassen. Dazu muss je Karte ein Account vorhanden sein. Für Entwickler von IoT-Lösungen bedeutet das Aufsetzen und Betreiben der nötigen Verwaltungs- und Payment-Prozesse einen enormen Aufwand. Das erforderliche Zuordnen und Nachverfolgen der SIM-Karten verkompliziert darüber hinaus die Produktion der Endgeräte. In Summe verlängert dies die Entwicklungszeit erheblich.

In schnell wachsenden Märkten wie dem IoT ist jedoch eine kurze Time-to-Market entscheidend. Bei komplexen Produkten ist dafür ein hoher Ressourceneinsatz nötig. Ihren Aufwand können Unternehmen erheblich reduzieren, wenn sie auf Entwicklungsplattformen aufsetzen, die die Basisfunktionalität für ihre geplante Applikation bereits zuverlässig bereitstellen – für IoT-Produkte zum Beispiel Konnektivität und Sensorik. So können sich Hersteller auf das Entwickeln ihrer Applikation konzentrieren.

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Bild 3: Das Heracles-Modul von EBV basiert auf einem Mediatek-Chipsatz sowie SIM800H/F-Modulen von SimCom. EBV

Daher hat Distributionsspezialist EBV Elektronik in Kooperation mit dem Mobilfunkprovider Orange den EBVchip Heracles entwickelt – ein speziell für den Einsatz in IoT-Applikationen vorgesehenes 2G-Quad-Band-Konnektivitätsmodul mit verlöteter SIM-Karte und Prepaid-Datenpaket (Bild 3). Es basiert auf einem Mediatek-Chipsatz sowie den bekannten SIM800H/F-Modulen von SimCom, ist jedoch mit nur 16 x 18 x 2,4 mm³ deutlich kompakter. Die fest integrierte SIM-Karte beugt Manipulationen der Endgeräte vor – ein wichtiger Sicherheitsfaktor.

Vier Datenpakete sind verfügbar: Small mit 10 MB, Medium mit 40 MB, Large mit 200 MB und Extra Large mit 500 MB Prepaid-Datenvolumen. Orange ermöglicht, dass diese sich bis mindestens 2025 nutzen lassen. Da Sensor-Applikationen in der Regel sehr wenige Daten übertragen, reichen die Datenpakete auch für einen langfristigen Betrieb aus. Zumal nur Netto-Nutzdaten, nicht aber der Mobilfunk-Overhead berechnet werden. Die speziell auf Sensor-Applikationen abgestimmte Lösung kommt ohne Sprach- und SMS-Funktionalität aus. Das hilft, den Datenverbrauch gering zu halten. Bei Bedarf lassen sich beide Funktionen über separate SIM-Karten nachrüsten.

Mit Preisen ab 15 Euro ist Heracles das weltweit erste und bislang einzige All-in-One-Produkt, das Konnektivität, SIM-Karte und Prepaid-Datenpaket integriert. EBV vertreibt das Modul exklusiv über das EBVchips-Programm seines Product-Innovations-Geschäftsbereichs. Der Distributor übernimmt auch das Aktivieren bestellter Module. Anwender können so kosteneffizient und schnell eigene Produktidee umsetzen und auf den Markt bringen – ohne aufwendige Payment- und Tracking-Prozesse aufsetzen zu müssen.

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