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(Bild: Fotolia/Luca Oleastri)

Auch wenn in letzter Zeit viel über das „Internet of Things“ () gesprochen wurde, ist die Vernetzung von Geräten nichts Neues. Netzbetreiber bieten seit Jahren GSM-basierte Konnektivitätsmodule an, und Mobilfunkkonnektivität hat sich in zahlreichen Anwendungen bewährt. Das Bahnbrechende am Internet of Things ist nicht die Idee der Gerätekonnektivität an sich, sondern ihre flächendeckende Anwendung. Ähnlich verhält es sich mit , das antritt, das IoT zu revolutionieren – nicht im Hinblick auf sein Format, sondern im Hinblick auf seine Dimension.

Die LTE-Ausprägungen, die sich speziell auf niedrige Kosten, niedrige und geringen Stromverbrauch fokussieren, machen den Weg frei für IoT-Anwendungen, die früher entweder unmöglich zu realisieren oder wirtschaftlich nicht sinnvoll waren. Und da die Zahl internetfähiger Geräte auf über 50 Milliarden bis zum Jahr 2020 steigen soll, wird die LTE-Technologie wahrscheinlich eine maßgebliche Rolle bei der Entwicklung des Internet of Things spielen.

Für Produktentwickler jedoch, die derzeit Lösungen basierend auf den herkömmlichen Netzen realisieren, birgt der Sprung zu sowohl Chancen als auch Risiken. Im Wettlauf um die Implementierung (und Definition) von LTE haben Länder, Mobilfunkanbieter und Hardwarehersteller die verschiedensten Mobilfunktechnologien und Frequenzbänder eingesetzt. Als Folge davon ist die LTE-Landschaft zunehmend fragmentierter und komplexer geworden.

Trotz dieser Herausforderungen erscheint der Übergang zu LTE beinahe unausweichlich zu sein. Damit obliegt es größtenteils den Produktentwicklern, flexible strategische Konzepte zu verfolgen, um ihre IoT-Geräte zukunftssicher zu gestalten.

Die Zukunft des Mobilfunks

Die drahtlose Übermittlung von Daten ist eine Grundvoraussetzung für IoT-Anwendungen, und zwar seitdem die allerersten 2G-Mobilfunkmodule in Geräte eingebaut wurden, um Wartungskosten zu senken. Bei den empfangenen Daten handelte es sich um Informationen wie Bestandsdaten (in Verkaufsautomaten), Manipulationshinweise (an Bezahlterminals) oder Betriebsstunden (in Produktionsanlagen). Die Daten konnten darüber hinaus einfache Funktionen wie die In- und Außerbetriebnahme von Anlagen beinhalten, Bedienpersonal auf eine Fehlermeldung hinweisen oder OTA-Updates (Over the Air) übermitteln.

Mit dem fortschreitenden Ausbau des LTE-Netzes wird sich ein noch viel breiteres Anwendungsspektrum eröffnen. Anwendungen mit vielfältigeren Datenanforderungen wie die Video-, Audio- und Regelungstechnik werden den Bedarf an zuverlässigen, flexiblen und energieeffizienten Verbindungen noch erhöhen.

Heute sind viele IoT-Geräte an entlegenen Orten installiert und werden mit Akkus oder betrieben. Für diese dezentralen Anwendungen sind sehr energieeffiziente Chipsets und Module erforderlich, die jedoch mit relativ geringen Bandbreiten auskommen müssen. Auch hier ist LTE der Schlüssel zur Konnektivität.

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Bild 1: Für IoT-Anwendungen eignet sich zum einen die LTE-Variante Cat M1. U-Blox

Derzeit soll LTE IoT-Anwendungen unterstützen, indem „Ressourcenblöcke“ für den IoT-Datenverkehr mit niedriger Bandbreite in Form von sogenannten „Kategorien“ zur Verfügung gestellt werden. Für das IoT kommen vor allem LTE Kategorie M1 (Bild 1) für Machine Type Communications (bekannt unter den Bezeichnungen LTE-MTC, LTE-M oder LTE Cat M1) sowie NB-LTE-M und NB-IoT (NB bedeutet Narrowband) zum Einsatz (Bild 2).

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Bild 2: Neben Cat M1 kommt auch die LTE-Variante NB-IoT für das Internet der Dinge zum Einsatz. U-Blox

Die Kategorien, die für den IoT-Datenverkehr bestimmt sind, benötigen vergleichsweise einfache Chipsets. Das bedeutet zweierlei: niedrigeren Betriebsstrom (was den Einsatz von Knoten für extrem niedrige Versorgungsspannungen wie intelligente Sensoren und Aktoren ermöglicht) und niedrigere Kosten (was ein breiteres und vielfältigeres Anwendungsspektrum erlaubt). Zum Teil wird dies durch die Verwendung niedrigerer (bezogen auf 3G) Bandbreiten erreicht. Dadurch sind sie noch besser für IoT-Anwendungen geeignet, bei denen der Datenaustausch begrenzt ist.

Fragmentierung der Mobilfunklandschaft

Produktentwickler, die den Einstieg in Mobilfunkkonnektivität suchen, stehen vor mehreren, nicht unerheblichen Hürden. Die Mobilfunklandschaft, die bislang durch Roaming-Vereinbarungen und eine Reihe fester Frequenzbänder einfach geregelt war, wird mit LTE viel komplizierter werden. Produktentwickler werden sich auf die geplante (aber nicht immer öffentlich bekannt gegebene) Abschaltung der vorhandenen 2G/3G-Netze sowie auf die internationale Fragmentierung von LTE-Standards und Bändern einstellen müssen.

Viele, aber nicht alle, Betreiber haben bereits angekündigt, ihre 2G-Netze innerhalb der nächsten zehn Jahre abschalten zu wollen. Und je mehr Investitionskapital in LTE fließt, desto ungewisser ist auch die Zukunft der 3G-Netze.

Gleichzeitig haben die Betreiber eigene Herausforderungen im Hinblick auf die Kundenbindung zu bewältigen. Kunden beim Übergang zu LTE zu unterstützen, setzt ein Verständnis der komplexen Beziehungen von Chipset-Anbietern, Modulherstellern und Mobilfunkanbietern voraus.

In der Mobilfunklandschaft hat es schon immer regionale Unterschiede gegeben, die die Lage komplexer gemacht haben. Leider wird sich daran auch mit LTE nichts ändern. In der Vergangenheit konnten Produktentwickler in punkto internationale Kompatibilität auf Roaming-Vereinbarungen setzen. Mit dem Aufkommen von LTE wird die Fragmentierung in den von verschiedenen Mobilfunkanbietern verwendeten Frequenzbändern diese Form von Roaming-Vereinbarungen jedoch unmöglich machen.

Manche sehen dies als Zeichen, dass Produktentwickler eventuell selbst als MVNOs (Mobile Virtual Network Operators = virtuelle Mobilfunknetzbetreiber) fungieren und mit Mobilfunkanbietern direkt Vereinbarungen aushandeln müssen. Diese Probleme sind nicht gerade förderlich für Innovationen und können sich als entmutigende oder geradezu lähmende Hürden für einen Markteintritt erweisen. Die Aushandlung von Vereinbarungen mit Netzbetreibern könnte jedes Mal viele Monate dauern und individuellen Bedingungen für Service, Preisgestaltung und Datenvolumen unterworfen sein. Der Wiederverkauf der Dienste wird Hersteller, die als MVNOs auftreten, vor weitere Herausforderungen stellen.

Einige dynamische Unternehmen gehen dieses Problem an, indem sie IoT-Plattformen einrichten, die den Produktentwicklern die Bürde der Konnektivität abnehmen. Mit diesen Plattformen will man die Vorteile von MVNOs mit den umfangreichen Ressourcen Cloud-basierter Service-Anbieter kombinieren.

 

Lesen Sie auf der nächsten Seite mehr über die internationale Produktkomplexität und Chancen sowie Herausforderungen bei LTE.

Internationale Produktkomplexität

Im Bereich Mobilfunkkommunikation gibt und gab es niemals nur einen Universalstandard. Dieser Umstand hat Produktentwicklern in den vergangenen Jahren viel Kopfzerbrechen bereitet, aber im Fall von LTE für IoT ist das Fehlen eines „Gold Standards“ womöglich gerechtfertigt. Und zwar aus dem Grund, weil weder LTE-M noch NB-IoT nahtlos unterstützt werden können. Eine Migration zu LTE-M erfordert ein Software-Upgrade auf vorhandenen Mobilfunkmasten, während NB-IoT ein Software-Upgrade und neue Funkhardware erfordert.

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Bild 3: Weltweite Verbreitung von Cat M1 und NB-IoT. U-Blox

Diese Tatsachen werden die Spaltung der Mobilfunkbetreiber in verschiedene geographische und technologische Lager noch weiter fördern. In den USA, Kanada und Mexiko beispielsweise ist LTE-M1 inzwischen der Standard. Demgegenüber wird in Europa, China und Südostasien NB-IoT favorisiert (Bild 3). Produktentwickler, die ihre Produkte in mehreren Märkten verkaufen wollen, müssen entweder zwei Produktreihen herstellen oder aber ein Produktspektrum, das beide Kategorien unterstützt. In beiden Fällen entstehen den Herstellern zusätzliche Kosten.

Eine weitere Innovation, die eine Auswirkung für MVNOs haben wird, ist die „embedded SIM“ (eSIM). Einfach ausgedrückt, ermöglicht eine eSIM, dass die Hardware Mobilfunk-Anbieter-neutral ist und vor Ort geschaltet werden kann beziehungsweise die Netzbereitstellung nach der Auslieferung erfolgt. Branchenkenner meinen, dass durch die eSIM die Kooperation zwischen MVNOs verstärkt und dadurch Lieferketteneffizienzen verbessert werden.

Die eSIM wird voraussichtlich ein zentraler Bestandteil in der globalen Markteinführung von LTE-Geräten für IoT sein, da die Produkte mit „SIM-Rohlingen“ ausgeliefert werden können, die dann erst im Zielland aktiviert werden. Das wird es Produktdesignern leichter machen, neue Produkte in verschiedenen Marktsegmenten zu entwickeln und anzubieten.

Chancen und Herausforderungen bei LTE

LTE-Modul für Automotive-Anwendungen

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Die Anwendungsarten, auf die sich LTE-M- und NB-IoT-Entwickler konzentrieren, sind Sensoren und Aktoren, also Geräte, die geringe Datenbandbreiten benötigen und potenziell eine geringe Einschaltdauer haben. Das hat den weit verbreiteten Irrtum zur Folge, dass intelligente Sensoren und Aktoren auf Jahre hinaus mit einer Zelle betrieben werden können. Tatsache ist jedoch, dass die Lebensdauer von an entfernten Orten installierten intelligenten Sensoren und Aktoren von den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls abhängt.

Chipset- und Modulhersteller arbeiten jetzt eng mit Plattformanbietern zusammen, um das Potenzial von LTE für IoT zu erschließen. Trotz der Komplexitäten, die mit LTE einhergehen, können eine zukunftsorientierte Produktgestaltung und die Speicher-Auswahl die mit der Produktentwicklung verbundenen Risiken mindern und die Investitionsrentabilität erhöhen. Um IoT-Produkte zukunftssicher zu machen, müssen Hardwarelösungen, eSIM und MVNO/Daten-Plattformen in die Produktentwicklung einbezogen werden.

Die Grenzen der Hardware zu kennen, ist von zentraler Bedeutung. So mag ein Dual-Mode-Modem zwar als beste Option für eine umfassende Abdeckung im Einzelproduktbereich erscheinen, es wird jedoch unnötige zusätzliche Kosten verursachen. Besser wäre es, ein Modul zu verwenden, das im Hinblick auf Formfaktor/Anschlussbelegung und Software zu allen Varianten kompatibel ist. Auf diese Weise kann ein einziges Produktdesign in verschiedenen Märkten zum Einsatz kommen, indem einfach Module ausgetauscht werden.

Um die Kosten und Herausforderungen im Zusammenhang mit komplexen Roaming-Vereinbarungen zu vermeiden, wenden sich einige Produktentwickler nun einer neuen Alternative zu: IoT/MVNO-Plattformen von Drittanbietern. Diese Plattformen erleichtern die Implementierung für Produktentwickler, weil sie die Aushandlung von Carrier-Vereinbarungen in einem zunehmend komplexen globalen Markt überflüssig machen.

IoT/MVNO-Plattformen, die auf dedizierter Hardware aufbauen, erweisen sich als besonders wertvolles Instrument, mit dessen Hilfe Produktentwickler ihre Projekte auf den Markt bringen und leichter skalieren können. Diese Plattformen stellen die Infrastruktur zur Verfügung, die für die Übermittlung, die Verwaltung und den Schutz der Daten vom Gerät bis zur Cloud benötigt wird.

Der Weg hin zu dieser neuen Realität ist jedoch mit Herausforderungen gepflastert. Die Marktzersplitterung infolge der weltweiten Einführung vieler verschiedener Technologien und Frequenzbänder hat den Übergang zu LTE bereits erheblich erschwert. Und im Zuge der weiteren Einführung werden wohl auch noch neue, unvorhergesehene Schwierigkeiten auftauchen. So erschwert etwa eine Inkompatibilität zwischen Radio-System-Software von Huawei und Ericsson den Einsatz von NB-IoT – die Technologie, für die sich die europäischen Mobilfunkanbieter für IoT entschieden haben.

In dieser Landschaft und angesichts der beschriebenen Unsicherheiten wollen Lösungen wie eSIMs, Software-kompatible sowie Full-Stack IoT/MVNO-Plattformen Flexibilität bieten.

Eck-DATEN

Die eSIM wird voraussichtlich ein zentraler Bestandteil in der globalen Markteinführung von LTE-Geräten für IoT sein, da die Produkte mit „SIM-Rohlingen“ ausgeliefert werden können, die dann erst im Zielland aktiviert werden. Das wird es Produktdesignern leichter machen, neue Produkte in verschiedenen Marktsegmenten zu entwickeln und anzubieten.

Will Hart

LTE
(Bild: Particle)
General Manager Developer Tools bei Particle

Patty Felts

LTE
(Bild: u-blox)
Product Manager Cellular bei U-Blox

(ku)

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