Umsetzung einer effektiven Netzwerkabdeckung für die groß angelegte Inbetriebnahme von IoT-Anwendungen

Die Ausstattung der Welt mit kostengünstigen Sensoren ermöglicht es Unternehmen, Städten und Ländern, die Art und Weise der Wertschöpfung zu verändern. Wie sie dies in einem sinnvollen Umfang erreichen können, nimmt allmählich Gestalt an.

Sensorbasierte IoT-Anwendungen (IoT: Internet of Things - Internet der Dinge) treiben heute den Fortschritt in allen Geschäfts- und Verbrauchermärkten voran, wo sie zur Rationalisierung von Abläufen, zur Steigerung der Produktivität und zur Unterstützung der Entwicklung neuer Dienstleistungen eingesetzt werden. Darüber hinaus fördern sie den globalen wirtschaftlichen und ökologischen Wandel durch Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit und ermöglichen es Unternehmen und Bürgern, die Welt zu einem besseren Ort zu machen.

Analysten prognostizieren 25 Milliarden vernetzte, sensorgesteuerte Geräte und einen Gesamtmarktwert von 1 Billion US-Dollar bis 2025¹. Damit steht das Internet der Dinge möglicherweise für mehr Innovation und Wandel als jede andere technologische Entwicklung in unserem Leben.

Ein Wendepunkt auf dem IoT-Markt

Mehrere Jahre lang galten Mobilfunk, Wi-Fi und Bluetooth als die praktikabelsten Technologien zur Unterstützung von IoT-Implementierungen, aber die hohen Kosten für Mobilfunkkomponenten und Verbindungstraife sowie die begrenzte Reichweite und die manuelle Konfiguration von lokalisierten Verbindungslösungen haben die Akzeptanz von IoT-Anwendungen im großen Maßstab eingeschränkt.

Darüber hinaus stellen die erzwungenen Aktualisierungszyklen der Mobilfunkverbindungen frühe Anwender vor neue Herausforderungen. Jüngsten Untersuchungen zufolge wird das Auslaufen von 2G und 3G mehr als 50 % aller bestehenden IoT-Geräte auf Mobilfunkbasis betreffen². Betreiber von Mobilfunknetzen gehen dieses Problem mit stromsparenden Technologien wie NB-IoT und LTE-M an, doch die Akzeptanz dieser Technologien ist mit weniger als zwei Millionen Geräten, die bis Ende 2019 in den USA eingesetzt wurden, noch nicht sehr hoch³.

5G wird als die nächste beste Konnektivitätsoption für die großräumige Anwendung im Internet der Dinge gepriesen, und Betreiber und Systemintegratoren sind eifrig dabei, Anwendungsfälle zu präsentieren und in neuen Produktangeboten vorzustellen. Die Akzeptanz in Unternehmen ist jedoch minimal. ABI Research schätzt, dass weltweit nur 290 öffentlich bekannte private 5G-Netze in Betrieb gegangen sind⁴. Auch wenn ein Vielfaches dieser Zahl noch nicht bekannt gegeben wurde, handelt es sich um einen sehr kleinen Anteil am IoT-Markt.

Während Mobilfunk und Wi-Fi die Ziele früherer proprietärer oder einmal genutzter Machine-to-Machine-(M2)-Anwendungen erfüllt haben mögen, ist das bei den Anforderungen heutiger groß angelegter und wiederholbarer IoT-Lösungen nicht mehr in angemessener Weise der Fall.

Um erfolgreich zu sein, erfordern die heutigen IoT-Implementierungen eine Kombination aus kostengünstiger Netzwerkkonnektivität mit großer Reichweite, langer Lebensdauer der Sensorbatterien, Sicherheit auf Unternehmensniveau und SLA-gestützten Netzwerkdiensten auf Anbieterniveau. Diese Anforderungen werden nun durch eine Technologie erfüllt, die viel neuer ist als die Mobilfunktechnologie und speziell für das IoT entwickelt wurde.

LoRaWAN®-Netzwerke mit geringem Stromverbrauch und großer Reichweite für massive IoT-Implementierung

Die LoRa Alliance, eine gemeinnützige Vereinigung mit mehr als 500 Mitgliedern, hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Entwicklung und Förderung des offenen LoRaWAN-Standards den großflächigen Einsatz von Low Power Wide Area Networks (LPWAN) zu ermöglichen. (Bildquelle: Senet)

Von den Milliarden von Geräten mit IoT-fähigen Sensoren, die in den nächsten Jahren angeschlossen werden sollen, werden schätzungsweise mehr als die Hälfte über Low Power Wide Area Networks (LPWANs) betrieben, die eine Kommunikation mit niedriger Bitrate über große Entfernungen ermöglichen. LPWANs wurden für Sensoren und Anwendungen entwickelt, die nur wenige Male pro Stunde oder vielleicht nur einmal am Tag kleine Datenmengen senden und empfangen müssen, und verändern die Art und Weise, wie Dinge überwacht und gemessen werden. Die LPWAN-Technologie trägt zu einer neuen Welle von IoT-Innovationen bei, die von Geschäftsmodellen unterstützt werden und Einnahmeströme erzeugen, die sonst nicht möglich wären.

Von allen LPWAN-Technologien hat sich LoRaWAN® (die offene LPWAN-Spezifikation, die von der gemeinnützigen LoRa Alliance unterstützt wird) als die führende Technologie für das breiteste Spektrum von Anwendungen im Freien und in Gebäuden herauskristallisiert. LoRaWAN zeichnet sich durch sein offenes Ökosystem, den geringen Stromverbrauch, die große Reichweite, die starken Sicherheitsspezifikationen und die Skalierbarkeit der Kapazität aus. LoRaWAN bietet Vorteile, die mit anderen Technologien nicht erreicht werden können, darunter:

• Erheblich niedrigere Kosten sowohl bei den Kapital- als auch bei den Betriebskosten
• Möglicher Betrieb von sensorgestützten Lösungen mit einer Laufzeit von über 10 Jahren
• Weitreichende und dichte drahtlose Netzabdeckung durch eine kleine Anzahl von Gateways
• Starke Ausbreitungseigenschaften mit der Fähigkeit, Wände zu durchdringen und Abdeckung an schwer zugänglichen Orten zu bieten
• Flexible Konnektivitätsoptionen, einschließlich der Inbetriebnahme öffentlicher, privater und hybrider Netzwerke
• Großes globales Ökosystem von Geräte- und Anwendungspartnern

Darüber hinaus bietet das LoRaWAN-Protokoll entscheidende Vorteile in den Bereichen Sicherheit, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. Das Protokoll wurde mit durchgehender Sicherheit als grundlegendem Element der Architektur entwickelt. Die Kommunikation im Netz zwischen den Endknoten und dem Anwendungsserver wird per AES-128-Verschlüsselung gesichert. Dieser „VPN-ähnliche“ Dienst für Endknoten gewährleistet Datenintegrität und Sicherheit für sensible Anwendungsdaten.

Führende LoRaWAN-Anwendungsfälle

LoRaWAN verändert nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Netzwerkaufbaus. Auch die Effizienz des Betriebs und der Wartung von LoRaWAN-Netzwerken ist hoch optimiert und unterstützt mehr Anwendungsfälle als andere Verbindungstechnologien.

Diese kommerziellen IoT-Anwendungsfälle können entweder über einen privaten Netzzugang, einen öffentlichen Netzzugang (für Innen- und Außenabdeckung) oder eine hybride Kombination von Bereitstellungsmodellen bedient werden, wie sie von Netzbetreibern wie Senet angeboten werden.

Einer der ersten und erfolgreichsten Anwendungsfälle für LoRaWAN sind Wasserzähler. Da Wasserzähler- und -infrastrukturüberwachungsanwendungen eine relativ geringe Datennutzlast haben und nur selten eine niedrige Latenzzeit erfordern, wird der Wassermarkt durch LoRaWAN-Lösungen durchbrochen, die alte Systeme schnell verdrängen und mit einer Laufzeit von 15 bis 20 Jahren eingesetzt werden. Der Erdgasmarkt folgt dicht auf den Fersen: LoRaWAN wird in groß angelegten Feldversuchen von Dienstleistern verschiedener Versorgungsunternehmen erprobt, die an der Verbesserung der Zählergenauigkeit, der Leckerkennung und der Bereitstellung verbesserter Dienste interessiert sind.

Mit einem dichten LoRaWAN-Netzwerk zur Unterstützung der Energie- und Versorgungsmessung sowie der Infrastrukturüberwachung können Unternehmen, Städte und Landkreise dasselbe Netzwerk nutzen, um ihre IoT-Initiativen einzuführen und zu erweitern. Über die Messung und Überwachung hinaus sind LoRaWAN-Lösungen heute für eine Vielzahl von Anwendungen verfügbar, einschließlich aber nicht beschränkt auf:

• Umwelt- und Gebäudeüberwachung
• Bestandsverfolgung
• Abfallwirtschaft
• Intelligentes Parken
• Straßenbeleuchtung
• Schädlingsbekämpfung
• Öffentliche Sicherheit

Die Entwicklung von M2M-Diensten mit begrenzter Kapazität hin zu LoRaWAN-Netzwerken, die für IoT-Lösungen in großem Maßstab entwickelt und eingesetzt werden, hat neue Möglichkeiten für Anbieter von Kommunikationsinfrastrukturen, Unternehmensorganisationen, Anbieter von Branchenlösungen und Kommunen geschaffen. Diejenigen, die das Potenzial dieser Technologie erkannt haben, stehen an der Spitze, wenn es darum geht, unübertroffene Ergebnisse zu erzielen.

Über Senet

Senet entwickelt Cloud-basierte Software und Dienstleistungen, die von Netzbetreibern, Lösungsentwicklern und Systemintegratoren für die bedarfsgerechte Bereitstellung von IoT-Netzwerken genutzt werden, um Hunderte bis Hunderte Millionen sensorbasierter IoT-Geräte zu verbinden. Weitere Informationen finden Sie unter www.senetco.com

Referenzen

1 - GSMA IoT Revenue: State of the Market 2020

2 - James Brehm et al: „IoT Results & News Roundup thru Q3 2019“

3 - James Brehm et al: „State of the Market“, 2019

4 - ABI Research: „Shared Spectrum and Private Networks Tracker“, 3. Quartal 2021