IoT-Anbindung: Implementierungsstrategien für das 0G-Netz

Jeder Halbleiterhersteller kann den Sigfox-Standard nun nutzen. Dadurch steht zu erwarten, dass innerhalb der nächsten Jahre zahlreiche, äußerst kostengünstige Konnektivitätslösungen auf Basis von ASICs und State-Machines auf den Markt gebracht werden. Welche Implementierungsstrategien ergeben sich für OEM daraus und welche Plattformen können OEM schon heute nutzen?

Die Visionen von Sigfox gehen sehr weit. Das neue 0G-Netz soll der Standard schlechthin für die IoT-Anbindung werden. Eine besonders energiesparende und kostengünstige Konnektivität, die in unterschiedlichen Kosten- und Leistungsklassen von 2 Euro bis 2 Cent bereitgestellt wird, soll das ermöglichen. Das Ziel ist, mit dem 0G-Netz wirklich alles anzubinden, was bisher nicht angebunden werden konnte – bis hin zur Plastiktüte für Gummibärchen.

Funktionieren soll die Anbindung der Plastiktüte durch aktivierende Funkwellen, die von einer Sigfox-Basisstation versandt werden. Diese Energie liefert dem Sender auf der Tüte die notwendige Energie, eine Sigfox-Nachricht zurückzusenden. Die Reichweite ist gegenüber RFID viel weiter, da deutlich langwelliger kommuniziert wird. Hierzu ist Sigfox derzeit auf der Suche nach einem OEM- beziehungsweise Retail-Kunden, der diese Entwicklung in einem Projekt mit Sigfox zur Serienreife bringen möchte.

Ob eine Kunststoffverpackung das erste Device wird, das mit der extrem günstigen dritten Sigfox Konnektivitäts-Generation, der 2-Cent-Technologie, an das IoT angebunden wird, steht noch nicht fest. Auf jeden Fall wird man darüber aber weltweit Devices orten können. Sigfox

Schritt für Schritt zur Massenapplikationen

Vielleicht ist das erste Anwendungsfeld dieser Technologie nicht eine Verpackung, sondern ein einfacher Gegenstand, den man orten will, weil man ihn zum Beispiel verlegt hat. So kann diese Technologie zuerst über Tracking-and-Tracing-Applikationen, in denen Sigfox ohnehin sehr stark ist, letztlich an die Türe kommen. Wir wissen es derzeit nicht genau.

Entscheidend ist aber die Tatsache, dass es technologisch mit großen Schritten in Richtung riesiger Massenapplikationen geht und dass der Weg, der real beschritten wird, ein immenses Potenzial an neuen IoT-Applikationen eröffnet. Die Technologie für die einfachste 0G-Netz-Konnektivität nennt Sigfox die 2-Cent-Technologie. Die 2 Cent bilden kostenseitig eine Analogie zu dem technologischen Fortschritt, der von aktuell 2 Euro über 20 Cent bis hin zu eben dieser 2-Cent-Technologie erzielt werden wird. Sie beschreibt dabei plakativ die erwartete Entwicklung in Dezimalschritten, ohne den genauen Preis dafür wirklich zu fixieren. Die hohen Skaleneffekte für immer günstigere Devices mit IoT-Konnektivität, die sich in diesen Preisen widerspiegeln, sind jedoch wichtig, will man das enorme Potenzial der Sigfox-Technologie erkennen, dass nun mal so gar nichts mehr mit der 5G-Technologie und Breitbandausbau zu tun hat. Wie schnell diese 2-Cent-Technik verfügbar wird, kann derzeit nicht genau festgelegt werden.

Mit sinkenden Kosten für die IoT-Anbindung können immer mehr und einfachere Dinge an das IoT angebunden werden. Sigfox-Module sind aktuell für 2 Euro zu haben. Eins ist sicher, sie werden nochmals deutlich günstiger. Sigfox

20-Cent-Konnektivität als Prototyp

Greifbar nah zur Serienreife sind aber bereits Lösungen der nächsten großen Sigfox-Welle, die für rund 20 Cent für die reine Sigfox-Konnektivität – also ohne Batterie und Device-ID-Logik – zu haben sein wird. Sie soll im Laufe 2019 verfügbar werden. Zu Anwendung kommt diese Technologie schon heute beispielsweise bei Plomben-Prototypen für Frachtcontainer, Schaltschränke, Gehäuse oder Gullydeckeln. Es sind auch schon Konzepte für einen smarten Briefumschlag bekannt. Zur Stunde serienreif sind Sigfox-Transceiver aber vorerst für die 2-Euro-Konnektivität. Darüber hinaus ermöglicht die Offenlegung der Funkspezifikationen nun auch ASICs und State-Machines zu entwickeln, die sich zwischen der aktuellen 2-Euro- und der kommenden 20-Cent-Technologie positionieren werden.

Digitalisierungsstrategien

Delegieren wir heute also die kommende 2-Cent-Technologien zunächst mal an das oberste Management. Es sollte diese Technologie nämlich generell kennen und Perspektiven entwickeln, was man mit solcher passiven Transponder-Technologie alles machen kann, die man selbst über mehrere Kilometer hinweg ansprechen kann, um einen Rück-Ping zu bekommen. Dies auch global. Zudem empfiehlt es sich für jeden Entwickler, selbst Kontakt zu Sigfox aufzunehmen, um sich rechtzeitig über den Stand der 20-Cent-Technologie für Einmalverbindungen informieren zu lassen und um passende Starterkits und Musterstücke frühzeitig zu erhalten, sobald sie verfügbar sind. Ein digitaler Öffnungsdetektor, der weniger als ein Euro kostet, und der eine Nachricht in die Cloud schickt, von der aus man dann alles mit der Nachricht machen kann, was man will, ist nämlich sicherlich für jeden Hersteller interessant. Soweit die Mittel- und Langfriststrategieempfehlung.

IoT-Geschäftsmodelle von morgen

Aktuell in Serie für Massenapplikationen verfügbar ist ausschließlich jedoch die 2-Euro-Technologie. Sie eignet sich bereits hervorragend als Standard-IoT-Konnektivität für nahezu jedes Gerät, dessen Zustand man für beispielsweise Predictive Maintenance oder auch neue Geschäftsmodelle in die Cloud schreiben will. Dies, weil man mit bis zu 140 Nachrichten á 12 Byte pro Tag sicherlich die wichtigsten Informationen in die Cloud bekommt und auch vier für Parametrierungen, Funktionsfreischaltungen und Stellbefehle wieder zurück. Das zweite unschlagbare Argument sind die Wettbewerbsvorteile, die sich aus dieser Beschränkung auf das Wesentliche ergeben: Das 0G-Netz von Sigfox ist die günstigste und energiesparendste Lösung, die aktuell am Markt verfügbar ist. Das dritte Argument ist, dass das Netz global ausgerollt wird und es garantiert keine Roaming-Kosten gibt. Überzeugende Argumente also, für die IoT-Konnektivität von Devices auf jeden Fall auch Sigfox zu prüfen, zumal man keine eigene Infrastruktur dafür aufbauen oder beim Kunden beispielsweise bereitgestellt bekommen muss.

Bereits 32 Funk-Module verfügbar

Verfügbar ist hierfür ein reichhaltiges Ökosystem an Software – wie Libraries, Tools und das Sigfox Build Portal – und Hardware – vom Bauelement, Modul, Baugruppe oder Starterkit – bis hin zum Zertifizierungs-Service, der für jedes neue Device im 0G-Netz bereitgestellt wird. Bereits bei der Anzahl der Funkmodule gibt es eine Vielfalt von aktuell 32 unterschiedlichen Lösungen, die man entweder als offene Lösung über ein mitgeliefertes SDK oder als geschlossene Lösungen über die Logik auf einer MCU anspricht. Sie sind entweder mit Sigfox-only- oder Kombi-Konnektivität für beispielsweise WLAN, BLE oder auch GPS und Secure Element erhältlich. Die meisten – und das sind 13 bei Sigfox-only-Konnektivität – gibt es für die Low-Power-Regionen 1, 3 und 5, zu der auch Europa zählt. Für globale Module, die sich auf die jeweilige Region einstellen, gibt es zudem zwei. Hinzu kommen auch Lösungen wie SIM-Karten für den komplementären Betrieb von Sigfox und GSM.

Konfigurationen der aktuell zertifiziert verfügbaren Sigfox-Only-Module (also ohne weitere Funkmodule für BLE, WLAN, GPS oder Secure Element) nach Einsatz mit oder ohne MCU-Controllerlogik sowie weltweiten Einsatzbereichen (hier in Low-Power und High-Power für die unterschiedlichen Weltzonen unterteilt) mit Footprint-Angaben. Sigfox

So bunt das Feld der potenziellen Anwendungskonfigurationen ist, so bunt sind auch die Footprints der Module, weshalb man beim Design nicht so einfach den Lieferanten wechseln kann. Umso wichtiger ist es, das zur Applikation passende Modul zu finden. Sigfox Germany hat deshalb die wichtigsten Module getestet und beispielsweise Vergleichstabellen entwickelt, die die unterschiedliche Performance der Module in Bezug auf ihren Energieverbrauch (Tx in mA) und die Sendeleistung (dBm) vergleichen, sodass Entwickler erste Anhaltspunkte erhalten, welche Lösung für sie passt. Dies ist insbesondere für batteriebetriebene autonome Devices wichtig, die adaptiv eingesetzt werden.

Energieverbrauch und Sendeleistung der Sigfox-Transceiver, SoCs und Module fällt unterschiedlich aus. Sigfox

Die Qual der Wahl erleichtern

Selbstverständlich sind aber auch weitere Argumente wichtig, wie beispielsweise der Support von Secure Elements für eine wirklich sichere End-to-End-Kommunikation oder auch die Komplexität beziehungsweise Einfachheit einer Lösung, die immer auch die Möglichkeiten oder Beschränkungen widerspiegeln. Insgesamt also eine komplexe Evaluierungsaufgabe in einem hoch dynamischen Markt schon bei den Modulen, die von Herstellern wie Amosense, GCT, Innocomm, Jorjin, Lite-on, M2COMM, Murata, NXP, ON Semi, Pycom, Radiocrafts, Silicon Labs, SMK, ST Micro, Telecom Design, Texas Instruments oder Wisol angeboten werden.

Sigfox Germany hat deshalb eigens ein Beratungsteam für OEM-Projekte aufgestellt, um Unternehmen einen Überblick über die Sigfox-Roadmap, zum Projekt passenden Design-Guidelines und alle potenziellen Partner zu verschaffen – ganz gleich ob für Bauelemente, Module, Baugruppen oder Starterkits und ganz gleich ob mit oder ohne Secure Elements, denn nur, wenn viele OEM das Netz auch nutzen, kann es ein Erfolg werden.

Der Netzausbau, der übrigens in Deutschland schon fast 85 Prozent in der ersten Ausbaustufe für Outdoor-Applikationen erreicht hat (Stand Mai 2019) und für Indoor-Applikationen schon bei 56 Prozent liegt, ist nämlich allein nicht hinreichend. Der Service für OEM-Projekte ist ebenfalls wichtig. Wem die Indoor-Reichweite übrigens noch nicht genügt, der sei darauf hingewiesen, dass es bereits eine Sigfox Access Station Micro gibt, mit der man Coverage schnell selbst aufbauen kann. Vier Kilometer Radius kann eine solche 400 Euro Box abdecken. Was will man mehr?

Oft ist das 0G-Netz bereits öffentlich verfügbar. Ist der eigene Standort noch nicht abgedeckt, kann die Netzverfügbarkeit auch über einen privaten Netzausbau sichergestellt werden, zum Beispiel mit Sigfox Access Station Micro, der einen Radius von bis zu 4 km abdecken kann. Sigfox

(jj)