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Aufbau eines robuste IoT-Netzwerks
Robuste IoT-Netzwerke bieten Service unter extremen Bedingungen. Erfahren Sie mehr über die wichtigsten Überlegungen, Netzwerkoptionen und Mobilfunkstandards dafür.
Robuste IoT-Netzwerke nehmen an Umfang und Größe zu, was zum Teil der Menge an Rugged IoT-Hardware zu verdanken ist, die jetzt zur Unterstützung von Implementierungen verfügbar ist. Rugged IoT-Netzwerke gibt es in intelligenten Städten, Industrieanlagen, landwirtschaftlichen Betrieben, abgelegenen Öl- und Gasanlagen und sogar auf Offshore-Plattformen. Erfolgreiche Implementierungen hängen von der richtigen Einrichtung des Netzwerks ab.
Robuste IoT-Netzwerke oder robuste IIoT-Netzwerke stellen ihre Dienste unter unwirtlichen Bedingungen in Innen- und Außenbereichen bereit. Solche Installationen nutzen häufig Edge Computing, also Server und andere Rechenressourcen, die sich in der Nähe des Netzwerks befinden, um Daten schnell zu verarbeiten. Sie setzen spezielle Low-Power-WANs (LPWAN) ein, um Daten aus Gebieten wie abgelegenen Bergen und Offshore-Ölplattformen zu liefern.
Robuste IoT-Implementierungen verwenden häufig stromsparende Hardware, zum Beispiel IoT-Gateways und -Server, die extremen Wetterbedingungen standhalten können. Sie benötigen eine Vor-Ort-Datensicherung, die lokale Daten speichern kann, insbesondere im Falle von starken Klimaschwankungen oder Naturkatastrophen. Die Konnektivität für robuste IoT-Anwendungen wird häufig über spezielle Mobilfunknetze wie Narrowband IoT (NB-IoT) oder LTE Machine Type Communication (LTE-M) oder LPWAN-Spezifikationen wie Long-Range WAN (LoRaWAN) oder Sigfox bereitgestellt.
Die wichtigsten Überlegungen für ein Rugged IoT Netzwerk
Die Auswahl der Komponenten für ein robustes IoT- oder IIoT-Netzwerk hängt davon ab, was die Installation leisten soll.
IT/OT-Teams verwenden häufig Edge-Computer am Rande eines robusten IoT-Netzwerks. Im Gegensatz zu normalen PCs verwenden robuste Computer ein lüfterloses Design, das es den Herstellern ermöglicht, ein vollständig geschlossenes System zu schaffen, das Stößen, Vibrationen und extremen Temperaturen besser standhält. Edge-Computer sollten robust und kompakt sein, eine Vielzahl von Konnektivitätsoptionen bieten und über genügend Speicher und Prozessorleistung verfügen, um die Arbeit zu erledigen.
Kleine, lüfterlose Server sind auch für robuste IoT-Edge-Implementierungen üblich. Ein lüfterloser Edge-Server, der im selben Netzwerk wie der Rest der IoT-Ausrüstung eingesetzt wird, kann die Verarbeitungs- und Datenübertragungszeit verkürzen. Wenn sie in einem Metallgehäuse untergebracht sind, können lüfterlose Server denselben Bedingungen standhalten wie der Rest der Ausrüstung.
Robuste, dezentrale IoT-Systeme benötigen oft eine drahtlose Verbindung. Mit dem Wachstum privater 4G-LTE- und 5G-Netzwerke können Unternehmen ihre eigenen drahtlosen Kleinzellen und Kernnetzwerksoftware einrichten, um entfernte Außenposten zu bedienen. Diese Kleinzellen benötigen robuste Gehäuse, um unter rauen Bedingungen zu überleben. Das Gleiche gilt, wenn ein Unternehmen WLAN-Hotspots in einem abgelegenen Gebiet einrichtet.
Die für eine robuste IoT-Installation benötigte Ausrüstung kann Tausende oder sogar Millionen von Dollar kosten, je nach Umfang der Installation. Der Kommunikationsanbieter Tampnet arbeitete beispielsweise 2022 mit Ericsson zusammen, um Offshore-Netzwerke einzurichten. Die Mitarbeiter nutzen tragbare Geräte und verbinden sich über ein privates 4G-LTE-Netzwerk, um die Echtzeit-Datenerfassung von auf See installierten Netzwerken zu ermöglichen.
Die Installation von robusten IoT-Netzwerkelementen kann eine Herausforderung sein. Server und Zellstandorte müssen unter Umständen über Tausende von Kilometern hinweg ferngesteuert werden, wobei kaum menschliches Eingreifen möglich ist.
IT/OT-Teams, die Rugged IoT-Netzwerke einrichten, können die Grenzen von eingebetteten und IoT-Geräten mit geringem Speicherplatz ausloten. Kenntnisse über die neuesten LPWAN-Technologien, wie zum Beispiel LoRa und Sigfox, sind ebenfalls nützlich.
Netzwerkoptionen für robuste Netzwerke
Einige robuste IoT-Netzwerke verwenden kabelgebundene Verbindungen wie Ethernet, aber auch Wi-Fi kann Geräte in gefährlichen Industriebereichen verbinden. Zum Beispiel können 2,4-GHz- und 5-GHz-WLAN-Hotspots eine Reichweite von 35 bis 45 Metern in Innenräumen und 85 bis 95 Metern im Freien bieten.
Eine Installation, die eine größere Reichweite für einen robusten IoT-Einsatz benötigt, muss LPWAN-Hotspots, zellulare Kleinzellen oder Basisstationen verwenden.
LoRaWAN-Netzwerke bieten realistischerweise eine Reichweite von etwa 10 Kilometern (km) im Freien. Dies hängt ab von der Positionierung des Netzwerks, den physischen Hindernissen, die das Signal blockieren, und der Leistung der Geräte.
Der LPWAN-Konkurrent Sigfox bietet einen ähnlichen Abdeckungsbereich. Das französische Unternehmen, das die Sigfox-Technologie zuerst entwickelt hat, wurde im April 2022 von dem singapurischen Unternehmen UnaBiz aus dem Konkurs aufgekauft.
Zellulare IoT-Standards
Zu den zellularen IoT-Standards gehören LTE-M und NB-IoT. LTE-M kann mit einer maximalen Uplink-Geschwindigkeit von 1 MBit/s Verbindungen zu sich bewegenden Objekten in einer Reichweite von bis zu 10 km in ländlichen Gebieten herstellen. LTE-M gibt es in einem Großteil der Welt, und internationale Telekommunikationsanbieter haben globale Roaming-Vereinbarungen getroffen.
NB-IoT kann in ländlichen Regionen eine Reichweite von bis zu 10 km bieten. Der Standard kann mit Download-Geschwindigkeiten von bis zu 200 KBit/s Verbindungen zu stationären Geräten herstellen, die sich in Gebäuden oder tief unter der Erde befinden. Der Standard wird derzeit nur in etwa einem Drittel der Welt eingesetzt. Betreiber wie die Deutsche Telekom haben begonnen, internationale Roaming-Vereinbarungen zu unterzeichnen.
Mobilfunk- und LPWAN-Gateways, Kleinzellen und Hotspots sind jetzt für den robusten IoT-Einsatz verfügbar. Robuste LPWAN-Gateways können zwischen ein paar Hundert und Tausenden von Dollar kosten.
