Bis zu 24 Milliarden vernetzte Dinge sollen 2022 im Internet of Things (IoT) laut Studien kommunizieren, von Sensoren über vernetzte Geräte bis hin zu Autos und Maschinen. Die Basis dafür ist ein gut funktionierender Mobilfunk. Weil klassische Technologien wie GSM und UMTS früher oder später vor dem Aus stehen, müssen die Netze der neuesten Generation fit für das IoT werden. Auch die vernetzten Geräte müssen darauf abgestimmt sein, um optimal zu funktionieren. Das bedeutet: testen, testen, testen. Speziell für realistische End-to-End-Anwendungstests sind hier ausgefeilte Messlösungen und -verfahren erforderlich.

Rohde & Schwarz

Für realistische End-to-End-Anwendungstests bietet Rohde & Schwarz Messlösungen an und erklärt die Messverfahren. Rohde & Schwarz

Die vierte Mobilfunkgeneration 4G-LTE wird die dominierende Mobilfunktechnologie der nächsten Jahre. Narrowband-IoT (NB-IoT) und LTE-M sind die Technologien der Zukunft für das mobile Internet der Dinge. Mobilfunknetzbetreiber erhoffen hier gute Geschäfte. Allerdings war 4G-LTE bislang nicht besonders attraktiv für IoT-Anwendungen, da die Technologie für die mobile Breitbandnutzung optimiert ist. Das wird sich ändern. Schon heute bietet LTE viele Vorteile im Hinblick auf spektrale Effizienz, Latenzzeit und Datendurchsatz. Zudem konnten laut GSM-Association (GSMA) bereits im Jahr 2016 schon über 60 Prozent der Menschen auf 4G-LTE-Netze zugreifen.

Eckdaten

Das Aufkommen mehrerer Milliarden vernetzter, mobiler IoT-Getäte erfordert Funknetze mit effizienter und überlastungssicherer Datenübertragung. Für die Nutzung und Überprüfung der vielfältigen Funktionen des 4G-Netzes sind End-to-End-Applikationstests unverzichtbar. Rohde & Schwarz bietet hierfür eine Messlösung, bestehend aus Multistandard-Testplattform, Sequencer-Tool und Leistungsmesssonde. Detaillierte Tests geben Aufschluss über den Einfluss eines Signalisierungs- oder IP-Ereignisses auf die Stromentnahme und den IP-Durchsatz. Somit lassen sich Wechselwirkungen analysieren und Anwendungsparameter optimieren.

Aber wie wird das LTE-Netz richtig fit für IoT? Funktionen wie der Stromsparmodus (power saving mode, PSM), erweiterte diskontinuierliche Empfangszyklen (eDRX) und Coverage Enhancement (CE) machen die Drahtlosschnittstelle bereit für die Anforderungen von IoT-Anwendungen. Eine optimierte Netzwerkarchitektur, die beispielsweise auch Nicht-IP-Kommunikation ermöglicht, ist ein weiterer Eckpfeiler zur Anpassung der 4G-Netze an das Internet der Dinge.

Überlastungsmechanismen für das Netz

Das Standardisierungsgremium für den Mobilfunk, das 3rd Generation Partnership Project – besser bekannt als 3GPP – hat bereits verschiedene Optimierungen für sein Framework umgesetzt, speziell für den Bereich Maschinenkommunikation (Machine type communications, MTC). Denn so interessant die Anwendungsszenarien für das IoT auch sein mögen, so schutzbedürftig ist das Netz. Wenn beispielsweise nach einem Stromausfall tausende Geräte gleichzeitig funken und Verbindungen herstellen wollen, überlastet dies das Netz und es geht direkt wieder in die Knie. Neu eingeführte Überlastmechanismen begegnen solchen extremen Signalisierungslasten.

Ohnehin senden sehr viele IoT-Anwendungen lediglich sehr selten und dann auch noch nur niedrig priorisierte Daten. Sie lassen sich inzwischen so konfigurieren, dass sie längere Wartezeiten beim Verbindungsaufbau akzeptieren (delay tolerant access). Ergänzend dazu verfügt das Netz seit dem 3GPP Release 10 mit „extended wait time“ über ein Verfahren zum Abweisen von Verbindungsanfragen und Hinauszögern von Neuanfragen. Release 11 ermöglichte das Zuordnen von Geräten zu Klassen, die nur dann Daten senden dürfen, wenn es das Netzwerk erlaubt. Ergebnis ist ein stabiler Betrieb der IoT-Anwendung, ohne dass der mobile Breitbanddienst in bestimmten Situationen zu sehr belastet wird.

Übersicht Standards

Mit fortlaufend neuen Funktionen von LTE-M und NB-IoT optimiert 3GPP Datendurchsatz, Kanalkapzität, Strom- und Leitungsbedarf wie auch Entwicklungs- und Betriebskosten. Rohde & Schwarz

Stromsparmodus: In der Ruhe liegt die Kraft

Mit Release 12 hat 3GPP erste Optimierungen für Datenverkehr, Stromverbrauch und Kosten erarbeitet – etwa ein insbesondere für batteriebetriebene Geräte wichtiger Stromsparmodus (Power saving mode, PSM) und die neue LTE-Gerätekategorie 0. Diese sollte die Komplexität gegenüber einem Kategorie-1-Modem um 50 Prozent reduzieren, um Kosten zu senken.

Das Besondere an PSM, die Geräte schalten sich für eine Weile zwar vollständig ab und sind somit nicht erreichbar, trotzdem bleibt das Modem weiterhin im Netzwerk angemeldet. Nicht geeignet ist dieser Ruhemodus für zeitkritische Anwendungen. Allerdings hat sich die LTE-Kategorie 0 kaum durchgesetzt, stattdessen rückte die nächste LTE-M-Generation in den Fokus.

Lesen Sie auf der folgenden Seite, wie 3GPP die Kosten senkt und den Datendurchsatz erhöht.

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