Mobiles IoT – Welche Technologie sollte gewählt werden

Anmerkung der Redaktion:Die steigenden Anforderungen an eine erhöhte Verfügbarkeit von IoT-Geräten fallen mit dem Aufkommen von Mobilfunktechnologien zusammen, die für das IoT gut geeignet sind . Für Entwickler war der Bedarf an detaillierteren Informationen über Mobilfunktechnologien und deren Anwendung im IoT noch nie so groß. Diese Reihe ist ein Auszug aus dem Buch Cellular Internet of Things und stellt Schlüsselkonzepte und Technologien in diesem Bereich vor.

In einer früheren Serie beschrieben die Autoren die sich entwickelnde Landschaft des Mobilfunks, seine Rolle im IoT und Technologien für massive maschinelle Kommunikation (mMTC) und ultrazuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (URLLC).

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Adaptiert aus Cellular Internet of Things, von Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs.

Kapitel 9. Die wettbewerbsfähige Technologielandschaft des Internets der Dinge (Forts.)

Von Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs

9.3 WAHL DER CIoT-TECHNOLOGIE (Fortsetzung)

9.3.2 WELCHE CIoT-TECHNOLOGIE AUSWAHL

Die Wahl einer CIoT-Lösung ist eine Entscheidung, die von verschiedenen Marktteilnehmern getroffen werden muss. Einerseits muss der Mobilfunknetzbetreiber entscheiden, welche CIoT-Technologie er in sein bestehendes Netz einbaut. Auf der anderen Seite sind es die IoT-Gerätehersteller und -Dienstleister, die auswählen, für welche IoT-Konnektivitätsoptionen sie ihren IoT-Dienst entwickeln. Es ist zu erwarten, dass verschiedene Lösungsoptionen nebeneinander bestehen werden.

9.3.2.1 Die Perspektive des Mobilfunknetzbetreibers

Für einen Mobilfunknetzbetreiber hat die Entscheidung, welche CIoT-Technologie eingesetzt und betrieben werden soll, mehrere Facetten. Dabei sind insbesondere zwei Seiten zu beachten:

• Langfristige Mobilfunknetzstrategie und vorhandene Assets

• IoT-Marktsegmentstrategie.

Ein typischer Mobilfunknetzbetreiber hat ein oder mehrere Mobilfunknetze im Einsatz. Zunehmend werden unterschiedliche Funktechnologien über ein einziges Multifunktechnologie-Netzwerk bereitgestellt. Beispielsweise kann dieselbe Basisstation für die Übertragung über GSM, UMTS/HSPA oder LTE verwendet werden. Es gibt aber auch Einsätze, bei denen die Netze für 2G, 3G und 4G in ihrem Einsatz und Betrieb eher unabhängig sind.

Darüber hinaus verfügt ein Mobilfunknetzbetreiber über eine Frequenzlizenz von typischerweise einer nationalen Regulierungsbehörde, die Rechte zum Betrieb eines Netzes im zugewiesenen Spektrum einräumt. Spectrum-Lizenzen sind in der Regel langlebig, z. B. 20 Jahre; dies wird dadurch motiviert, dass den Netzbetreibern eine wirtschaftliche Sicherheit geboten wird. Ein Return on Investment für extrem hohe Netzwerkinstallationskosten einer neuen Technologie ist über einen langen Zeitraum planbar. Nach Ablauf einer Frequenzkonzession wird von der Regulierungsbehörde ein Frequenzkonzessionswettbewerb, ähnlich einer Frequenzauktion, zur Bereitstellung einer neuen Frequenzkonzession initiiert. Im Allgemeinen ist jede Netzwerkausbau-Roadmap eines Betreibers eine langfristige Entscheidung und muss mindestens die folgenden Elemente berücksichtigen:

• Wie lange sind die bestehenden Frequenzlizenzen gültig, welche Technologien dürfen im Spektrum betrieben werden und wann gibt es einen neuen Frequenzumverteilungsprozess von der Regulierungsbehörde geplant?

• Wie ist der Stand des Netzausbaus für verschiedene Funktechnologien, insbesondere GSM und LTE, und wie hoch ist der Marktanteil des Betreibers ?

• Wie ist der Netzwerkaufbau der konkurrierenden Betreiber und wie hoch ist ihr Marktanteil?

• Was ist die strategische Absicht eines Betreibers in Bezug auf IoT?

• Welche Dienste sollen bereitgestellt werden und welche Rollen beabsichtigt der Betreiber, den IoT-Markt zu adressieren (z. B. als Konnektivitätsanbieter oder auch als Dienstleister/Enabler)?

• Wie ist die Marktreife für IoT-Services?

• Welches IoT-Segment möchte der Betreiber ansprechen?

Es sei darauf hingewiesen, dass die obigen Fragen aus der Perspektive des Betriebs eines Betreibernetzes in einem bestimmten Land gestellt werden. Allerdings sind mehrere Betreiber in mehreren Ländern und sogar auf mehreren Kontinenten aktiv. Selbst wenn die Entscheidung größtenteils pro Land getroffen wird, möchte ein Betreiber möglicherweise Entscheidungen über mehrere Regionen hinweg harmonisieren, in denen er Netze betreibt.

Bei der Betrachtung der CIoT-Technologieoptionen lassen sich die folgenden Merkmale identifizieren, die die Entscheidung eines Betreibers beeinflussen.

Als Ausgangsbasis gehen wir davon aus, dass ein Betreiber einen sehr großen Anreiz hat, die vorhandene Mobilfunkinfrastruktur für den Einsatz einer der CIoT-Technologien wiederzuverwenden. Natürlich kann EC-GSM-IoT einfach auf Basis einer GSM-Infrastruktur und unter Verwendung von GSM-Spektrum bereitgestellt werden. Die GSM-Netzressourcen und das GSM-Spektrum würden zwischen der GSM-Nutzung und der EC-GSM-IoT-Nutzung geteilt. LTE-M und NB-IoT können auf Basis einer LTE-Infrastruktur und unter Nutzung des LTE-Spektrums bereitgestellt werden; LTE-Netzwerk- und -Spektrum-Ressourcen würden zwischen LTE-, LTE-M- und NB-IoT-Nutzung geteilt. In den meisten Netzkonfigurationen ist zu erwarten, dass der Einsatz von EC-GSM-IoT, LTE-M und NB-IoT als Software-Update für die eingesetzten GSM- oder LTE-Netze realisiert werden kann. Dies impliziert, dass die Markteinführung des CIoT von den Betreibern relativ schnell und zu geringen Gesamtbetriebskosten realisiert werden kann.

Für IoT-Dienste wird erwartet, dass viele Dienste eine lange Lebensdauer von beispielsweise einem Jahrzehnt erwarten. Dieser Erwartung sollte mit einem CIoT-Netzwerk Rechnung getragen werden. Damit ist die Entscheidung für die CIoT-Technologie auch an die langfristige Strategie des Betreibers für Mobilfunknetze mit Fokus auf Telefonie und mobile Breitbanddienste gekoppelt. Wenn ein Betreiber beabsichtigt, GSM-Bereitstellungen in der kommenden Zukunft z. B. auf LTE oder 5G umzustellen, erscheint eine Einführung von EC-GSM-IoT eine fragwürdige Wahl, da alle langfristigen EC-GSM-IoT-Benutzer die Aufrechterhaltung des GSM-Systems benötigen würden Infrastruktur seit langem in Betrieb.

GSM ist heute noch die Mobilfunktechnologie, die den größten Teil der Welt abdeckt. Laut Referenz [55] befanden sich 2016 rund 90 % der Weltbevölkerung in der Abdeckung eines GSM-Netzes, und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2022 auf w95 % ansteigen wird. Im Gegensatz dazu befanden sich 2016 nur rund 40 % der Bevölkerung innerhalb des GSM-Netzes Abdeckung eines LTE-Netzes, die bis 2022 auf über 80 % steigen soll. Allerdings gibt es regional sehr große Unterschiede in der Verbreitung von Mobilfunktechnologien. Um ein Beispiel aus Referenz [55] zu geben:Im Nahen Osten und in Afrika waren 2016 nur 5 % der Mobilfunkabonnements LTE-Abonnements (die auch die Nutzung von WCDMA/HSPA und GSM ermöglichen); diese Zahl soll bis 2022 auf etwa 30 % ansteigen. Etwa 20 % der Abonnements sind ausschließlich GSM und die Mehrheit der Abonnements ist für WCDMA/HSPA (das auch die Nutzung von GSM, aber nicht von LTE ermöglicht). In Regionen wie dem Nahen Osten und Afrika wird GSM voraussichtlich noch viele Jahre eine wichtige Technologie sein, auch wenn in anderen Regionen die mittel- und langfristige Rolle von GSM weniger sicher ist. In Nordamerika waren bereits 2016 65 % der Mobilfunkabonnements LTE-Abos. Für 2022 nur sehr wenige nicht LTE-fähige [siehe Hinweis 1] Abonnements sind vorgesehen. Solche Unterschiede führen zu unterschiedlichen Präferenzen von CIoT-Lösungen für verschiedene Betreiber in verschiedenen Regionen. [Anmerkung 1:Als LTE-fähiges Abo im Jahr 2022 zählen wir hier die prognostizierten LTE-Abos sowie 5G-Abos, die für den Betrieb in LTE-Netzen als voll kompatibel angenommen werden.]