Das Internet der Dinge wächst und wächst. Einer aktuellen Prognose von Juniper Research zufolge wird die Zahl der im IoT vernetzten Dinge bis 2020 auf 46 Milliarden Geräte ansteigen, andere Marktforscher rechnen sogar mit 50 Milliarden. Wichtiger als die bloße Zahl der Dinge ist jedoch die Frage nach deren Vernetzung. Das Internet der Dinge ist kein zufälliges Konvolut von Geräten, sondern ein auf ein konkretes Ziel ausgerichteter Zusammenschluss elektronischer Systeme: Das Ziel ist der Austausch von Daten.

Nicht die einzelnen Geräte liefern den Mehrwert im Internet der Dinge, sondern deren Vernetzung. Diese Erkenntnis sollte eigentlich selbstverständlich sein, aber sie ist ganz entscheidend, um die Bedeutung weiterentwickelter Netzwerktechnologien für das IoT zu verstehen. Dabei geht es zumeist um Funkkommunikation, denn das Internet der Dinge ist ein weitgehend kabelloses Netzwerk. Für den Verzicht auf Kabel gibt es vielschichtige Gründe – bei Wearables ist es etwa der Tragekomfort, bei Sensoren oft die Abseitigkeit der Installationsorte. Fortschritte in der mobilen Konnektivität zählen deshalb zu den wichtigsten Faktoren für den Erfolg des IoT.

Herausforderungen im IoT

In der Vergangenheit konnten wir miterleben, wie die mobilen Netze von Generation zu Generation immer leistungsfähiger wurden. Als UMTS vor dreizehn Jahren startete, beeindruckte es mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 0,384 Mbit/s – ein echter Durchbruch aus damaliger Sicht. Heute bewegt sich der Mobilfunk in ganz anderen Sphären: Qualcomm hat letztes Jahr mit dem Snapdragon X50 das erste 5G-Modem mit Download-Geschwindigkeiten von bis zu 5 Gigabit/s angekündigt. Kommerzielle Endgeräte mit dem Snapdragon X50 werden im Laufe des Jahres 2018 erwartet.

Besonders Consumer-Anwendungen können von solchen Leistungsexplosionen profitieren. Im Internet der Dinge geht es jedoch höchst selten um große Datenmassen, die in möglichst kurzer Zeit übertragen werden müssen. Je nach Applikation stellen sich hier ganz andere Herausforderungen.

Geht es etwa um Sensoren in selbstfahrenden Autos, dann stehen Latenzzeiten im Vordergrund. Um im Straßenverkehr blitzschnell auf andere Verkehrsteilnehmer oder unvorhergesehene Ereignisse reagieren zu können, müssen Sensordaten in Echtzeit verfügbar sein. Auf eine Notbremsung eines einzelnen Fahrzeugs können dann alle dahinterfahrenden Autos reagieren, indem sie im gleichen Moment ebenfalls ein Bremsmanöver einleiten. Auffahrunfälle würden somit der Vergangenheit angehören. Dass es bei der Übertragung solcher Signale nicht zu Verbindungsfehlern oder Paketverlusten kommen darf, versteht sich von selbst.

Auch andere Verkehrsmittel halten Herausforderungen für die mobile Konnektivität bereit, etwa Hochgeschwindigkeitszüge. Wenn sich Geräte mit Spitzengeschwindigkeiten von 300 km/h und mehr fortbewegen, leidet schnell die Verbindungsqualität und die sogenannten Handover, also die Wechsel zwischen zwei Funkzellen, schlagen fehl.

Eine weitere Limitierung der alten Funknetze besteht hinsichtlich der unterstützten Gerätedichte. Der Endanwender kennt das von Großveranstaltungen: Kommen an einem Ort einige zehntausend Menschen zusammen, haben Smartphones schnell keinen Empfang mehr. Auch im Internet der Dinge tummeln sich tausende Geräte auf kleinem Raum – zum Beispiel, wenn in der Logistikbranche Frachtgut und Container massenhaft mit Sensoren ausgestattet werden, um ihre Reisewege nachzuverfolgen. In Häfen und an vergleichbaren Umschlagsplätzen müssen die Netze dann die Kommunikation einer enormen Vielzahl von Sendern abwickeln.

Mitunter ist es aber nicht eine Überlastung der Netze, sondern die schlechte Verbindungsqualität, die Applikationen im Internet der Dinge verkompliziert. Wenn ein Sensor an einem Ort installiert wird, den Funkwellen nicht gut erreichen, dann versagt er den Dienst. In bestimmten Fällen lässt sich das allerdings nicht vermeiden, etwa bei der Überwachung von weitgehend unterirdischen Infrastruktursystemen wie der öffentlichen Wasserversorgung.

Und fast immer spielt im Internet der Dinge auch der Energieverbrauch von Funkmodulen eine Rolle: Der weitgehende Verzicht auf Kabel bedeutet selbstverständlich auch, dass die Geräte nicht an ein zentrales Stromnetz angeschlossen sind. Stattdessen sind sie auf lokale Stromquellen angewiesen, vor allem auf Akkus und Batterien. Je öfter diese Energielieferanten ausgetauscht oder aufgeladen werden müssen, desto höher die Wartungskosten. Deshalb ist Energieeffizienz an vielen Stellen im IoT das A und O.

In der Vergangenheit waren mobile Technologien zumeist auf eine Maximierung der Datenraten ausgelegt. Relativ zur übertragenen Datenmenge gesehen stieg die Energieeffizienz der neuen Funkmodule zwar, aber nicht absolut – leistungsstarke Komponenten benötigen mehr Strom. Schon heute tut sich mit Blick auf die beschriebenen Herausforderungen eine Lücke auf. Es bedarf neuer, besserer Technologien, um die vielfältigen Anwendungsfälle im IoT abzudecken und weiteren Innovationen den Weg zu bahnen. 5G und das verbesserte LTE kommen deshalb genau zur rechten Zeit.

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