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LoRa, Cat-M, NB-IoT: Das passende IoT-Protokoll finden
Mehrere IoT-Protokolle konkurrieren um Marktanteile. Ob NB-IoT, Cat-M oder die LoRa-Technologie zum Einsatz kommen sollte, hängt von Ihren Anforderungen ab.
Mit zunehmend robusteren Technologien und wachsenden funktionalen IoT-Implementierungen erreicht das Internet der Dinge einen immer höheren Reifegrad. Jeden Tag drängen neue IoT-Services und -Systeme auf den Markt, die sich anhand ihrer Architektur, Funktionen und Anwendungen unterscheiden.
Wer in IoT, das Internet of Things, investiert, muss viele Faktoren berücksichtigen. Doch ein zentraler Punkt besteht darin, die verschiedenen zur Verfügung stehenden Protokolloptionen zu verstehen und herauszufinden, welche davon Ihre Anforderungen kurz- und langfristig erfüllen.
Ein IoT-Protokoll ist die Netzwerksprache, mit der sich die Knoten eines IoT-Systems verständigen, und diktiert Reichweite, Format und Komplexität der vom IoT-System genutzten Kommunikationsmöglichkeiten. Protokolle spielen auch eine wichtige Rolle, wenn es gilt, sich mit Kosten und Funktionen auseinanderzusetzen. Zwei wesentliche Überlegungen stehen im Mittelpunkt:
- Wie lange müssen Sensoren im Einsatz vor Ort mit Batterien betrieben werden? Wie häufig müssen sie Meldungen absetzen? Welche Art von Geräten steht zur Diskussion? Kommen austauschbare Batterien oder Akkus zum Einsatz?
- Welche Reichweite müssen die Signale abdecken? Wie viele Daten senden sie in jeder Nachricht? Verlassen Sie sich zur Aufrechterhaltung der Konnektivität auf Funktechnologien, oder müssen Sie Ihr eigenes IoT-Netzwerk aufbauen?
Das optimale Protokoll hängt von diesen zwei Faktoren sowie der jeweiligen Anwendung ab. Die kleinsten und genügsamsten IoT-Konfigurationen – beispielsweise vernetzte Wohnungen oder Büros – können auf einfachen Wi-Fi-Netzwerken basieren. Die Stromversorgung übernimmt hierbei die Gebäudeelektrik. Für Gebiete wie einen Bauernhof oder eine Campus-Umgebung, wo Datenübertragungen mit kleinem Volumen erforderlich sind, eignen sich eigenständige Low-Power Wide Area Networks (LPWAN), wie LoRaWAN und Sigfox, sehr gut. Für größere regionale Bereiche sind hingegen mobilfunkbasierte Protokolle wie Narrowband IoT (NB-IoT) oder Cat-M das Mittel der Wahl.
LPWAN
Für Netzwerke, die mehr als ein kleines Gebäude umfassen, sind LPWANs in der Regel am sinnvollsten. Zu diesen Umgebungen zählen Großprojekte wie Bauvorhaben, Ölraffinerien oder jede Art von Betrieb, wo Menschen, Assets (etwa Equipment) und gefährliche Bedingungen über größere Entfernungen beobachtet werden müssen. Dazu gehören auch Fabriken, Lager, landwirtschaftliche Betriebe sowie große Schul- oder Regierungscampusse.
Ein LPWAN wie LoRaWAN in diesen Szenarien bereitzustellen, bedeutet, dass Sie höchstwahrscheinlich genauso viel oder weniger zahlen als bei mobilfunkbasiertem IoT. Ihnen gehört aber mehr – alle Geräte, das Netzwerk und die über das Netzwerk transportierten Daten. Sie sind verantwortlich für Monitoring, Support, Wartung und Reparaturen. Die Sicherheit fällt ebenfalls in Ihren Zuständigkeitsbereich.
Ein weiterer beachtenswerter Unterschied: Anders als per Funk übermittelte Datenpakete warten LPWAN-Übertragungen nicht immer auf eine Empfangsbestätigung. Dies kann Vorteil und Nachteil zugleich sein – ohne Bestätigungen lässt sich mehr Traffic im System unterbringen, doch mitunter werden Datenpunkte aufgrund von Netzwerküberlastung verloren gehen.
Die zwei populärsten LPWAN-Protokolle sind LoRaWAN und Sigfox. Das größere Wachstum sowie besseres Wachstumspotenzial über die nächsten fünf Jahre haben hierbei LoRaWAN und die LoRa-Technologie zu verzeichnen. Für LoRa und LoRaWAN sprechen die breite Unterstützung, Vielseitigkeit und Zukunftsaussichten. In der LoRa Alliance sind mehr als 500 führende Technologieunternehmen vertreten, und LoRA-Technologien entwickeln und verbessern sich ständig weiter, um neue Anwendungsfälle zu ermöglichen.
Cellular IoT: Mobilfunkbasierte Verfahren
Cellular IoT ist eine gute Wahl für größere Umgebungen, zum Beispiel stadt- oder landesweite Kliniken, Einzelhändler oder Flughäfen. Sogar Umweltüberwachung und Katastrophenvorsorge über ein ausgedehnteres Gebiet sind denkbare Szenarien – einfach überall dort, wo eine konsistente, klare Sicht auf Assets, Transporte oder sonstige Gegebenheiten benötigt wird. Weder ein neues Netzwerk noch Gateways sind Voraussetzung, da die vorhandenen Mobilfunkmasten des Providers die IoT-Daten transportieren. Das heißt allerdings auch, dass sich bei der IoT-Konnektivität die gleichen weißen Flecken zeigen wie bei der Mobilfunkabdeckung. Falls die Netzwerkverbindung unterbrochen wird, betrifft das auch Ihr IoT. Doch die Kosten und Einschränkungen von Cellular IoT werden oft durch eine einfache Breitstellung und die Größe des Versorgungsgebiets aufgewogen.
Mobilfunkbasierte Protokolle werden dort Priorität genießen, wo eine umfangreichere Abdeckung nötig ist oder wo aus rechtlichen oder logistischen Gründen keine Gateways installiert werden können. Die zwei Protokolle mit dem größten Marktanteil und der größten Relevanz sind Cat-M und NB-IoT. NB-IoT ist jedoch batterieeffizienter. Zudem unterscheiden sich Energieverbrauch und Datengröße nicht allzu sehr vom LoRa-Profil. Dadurch können IoT-Provider, die sowohl LPWAN- als auch mobilfunkbasierte Anwendungsfälle abdecken wollen, einfacher eine sensorübergreifende Kompatibilität realisieren.
„Die zwei populärsten LPWAN-Protokolle sind LoRaWAN und Sigfox. Das größere Wachstum sowie besseres Wachstumspotenzial über die nächsten fünf Jahre haben hierbei LoRaWAN und die LoRa-Technologie zu verzeichnen.“
Brad Bush, Longview
Cat-M hingegen erlaubt höhere Datenraten und eine Kommunikation mit geringer Latenz. Das ist ein wichtiger Punkt, wenn ein Unternehmen große Dateien von seinen Geräten erfassen oder umfangreiche Updates an Endpunkte ausliefern muss. Cat-M ermöglicht außerdem Sprachübertragung in niedriger Qualität und eignet sich eher für Echtzeitanwendungen wie intelligente Fahrzeuge.
Ausblick
Rollouts für NB-IoT und Cat-M sind noch rar, legen aber kontinuierlich zu. Die Verfügbarkeit der beiden Protokolle wird größtenteils von den Plänen der Mobilfunk-Provider abhängen. Letztlich wird wahrscheinlich NB-IoT den richtigen Nutzen zum richtigen Preis für die meisten Anwendungen liefern. Doch LPWAN und LoRaWAN werden ihre Vorteile bei Firmen ausspielen, die große Gebiete abdecken wollen oder private Netzwerke betreiben.
Denkbar ist auch ein künftiges protokollagnostisches Modell, bei dem Sensoren mehrere Protokolle unterstützen. In der Zwischenzeit sollten Sie sich für ein Protokoll entscheiden, das am besten zu Ihren Größen-, Energie- und Konnektivitätsanforderungen passt. Dabei gilt es, immer auch Ihre künftigen Bedürfnisse im Auge zu behalten.
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