Der mobile Datenverkehr wächst mit enormer Geschwindigkeit, zugleich steigt die Zahl vernetzter Geräte. Laut Ericsson Mobility Report 2017 soll es im Jahr 2023 etwa 20 Milliarden vernetzte Geräte im Internet der Dinge (IoT) geben. Entsprechend prognostiziert der Report ein rasantes Wachstum bei Mobilfunkanschlüssen und der mobilen Datennutzung. So soll die Zahl der 5G-Abonnements für erweitertes mobiles Breitband bis 2023 rund eine Milliarde erreichen. Auch die Zahl der LTE-Abonnements wächst; bis zum Jahresende könnte sie die dominierende mobile Zugangstechnologie werden.

Überforderte Mobilfunknetze

LPWA

Ericsson Mobility Report 11/2017 Ericsson

Längst haben alle namhaften Mobilfunkbetreiber IoT/M2M-Geschäftsbereiche für Unternehmen eingerichtet. Größere Betreiber haben Akquisitionen getätigt, um den größeren Teil der Wertschöpfungskette zu bedienen und Einnahmen über die reine Konnektivität hinaus zu erfassen. Während der Markt wächst, zeichnet sich jedoch ab, dass viele mobile IoT-Use-Cases für existierende Mobilfunknetze nicht geeignet sind. Die Gründe hierfür sind schnell aufgezählt: mangelnde Abdeckung in der Fläche, zu geringe Akkulaufzeiten und hohe Gerätekosten.

Bestehende Mobilfunknetze bieten in reifen Märkten bereits eine gute Flächendeckung. Jedoch befinden sich viele potenziell „verbundene Objekte“ in abgelegenen Gebieten, weit entfernt von der nächsten zellularen Basisstation. Ist eine Abdeckung vorhanden, ist sie oft schwach. Dies wird zwar durch eine erhöhte Sende- und Empfangsleistung der Gerätesender kompensiert, doch bedeutet das einen erhöhten Energiedarf, also verkürzte Akkulaufzeiten. Zudem sind zellulare Netzwerke nicht für Anwendungen optimiert, die nur gelegentlich kleine Datenmengen übertragen, wie das etwa in Sensornetzwerken der Fall ist.

Eine Batterielebensdauer von fünf bis zehn Jahren, kombiniert mit einem kostengünstigen Gerät, lässt sich auf bestehenden breitbandigen zellularen Standards nicht realisieren, da diese die erforderlichen Energiesparmechanismen nicht unterstützen. Der dritte Aspekt der Gerätekosten – mobile Geräte, die auf GSM, 3G und LTE arbeiten – sind für eine Vielzahl von Diensten konzipiert. Diese Features werden nur durch komplexe Multimode Chipsets möglich, die entsprechend höhere Kosten verursachen.

Ein Standard für LPWA-Technologien

Vor diesem Hintergrund hat sich 3rd Generation Partnership Project, das Standardisierungsgremium für 2G-/3G-, LTE-sowie 5G-Mobilfunk-Systeme unter der Ägide der ITU, zum Ziel gesetzt, Rahmenbedingungen für eine standardisierte Low-Power-Wide-Area-Technologie (LPWA) zu erarbeiten. Zwar existiert der LPWA-Markt bereits seit etwa zehn Jahren, doch die zugehörigen Technologien sind zersplittert und nicht standardisiert. Defizite wie schlechte Zuverlässigkeit, mangelhafte Sicherheit oder hohe Betriebs- und Wartungskosten sind die Folge. Zudem ist die neue Overlay-Netzwerk-Implementierung sehr komplex.

Beim IoT oder auch Internet of Everything (IoE) geht es darum, Dinge in das Internet zu bringen, deren Anbindung bisher zu aufwendig und zu teuer war. Abgelegene Maschinen wie Wasserzähler, mobile Anwendungen von Fahrzeugen oder auch Healthcare sind Wunschkandidaten der Vernetzung. Hier kommt bevorzugt Funk zum Einsatz, da kabelgebundene Lösungen zu komplex oder teuer sind.

Die Standards LTE-Cat M1 oder Narrowband-IoT (NB-IoT) überwinden die genannten Mängel mit Vorteilen wie flächendeckender Verfügbarkeit, schnellem Upgrade des bestehenden Netzwerks und geringerer Komplexität der Single-Mode-Modems. Dies geht mit einem geringeren Stromverbrauch einher. So werden erstmals Akkulaufzeiten von bis zu zehn Jahren Laufzeit möglich. Der Auswahl der geeigneten Akku-Technologie kommt in diesem Zusammenhang wachsende Bedeutung zu.

Sigfox und Lora

Die Sprach- und datenorientierte GSM- und UMTS-Lösungen (2G und 3G) eignen sich nur bedingt für diese einfachen M2M-Dienste. Aus diesem Grund versuchen sich auch andere Alternativen im LPWA-Bereich, wie etwa das Lora-WAN (Long Range Wide Area Network) und Sigfox. Beide arbeiten im lizenzfreien 868 MHz-Band. Auf den ersten Blick haben diese Netzwerk-Services gute Chancen, weil ihre Technik bereits im Feld erprobt ist. Das Lora-Netz stützen etwa Netzbetreiber, die zusammen etwa 180 Millionen Teilnehmer zählen.

Demgegenüber steht jedoch die NB-loT-Technik der 3GPP, die bereits 20 der weltweit größten Netzbetreiber hinter sich versammelt. Diese decken laut Vodafone 90 Prozent der IoT-Versorgungsfläche ab und binden mehr als 2,9 Milliarden Teilnehmer an. Angesichts dieser Übermacht klingen Vertreter der Lora Alliance und der Sigfox-Technik zurückhaltend.

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