Mit Satelliten-IoT das Unerreichbare erreichen

Es ist keine Überraschung, dass die Erfassung von Daten in einigen der am schwersten zu erreichenden Ecken des Planeten ist eine Herausforderung, der sich jeder IoT-Spieler gerne stellt.
(Quelle:LoRa Alliance)

Beim Internet der Dinge (IoT) dreht sich alles um das Sammeln und Lesen von Daten und die anschließende Nutzung dieser Daten, um wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen, auf die reagiert werden kann. Damit birgt das IoT ein enormes Potenzial für Unternehmen, Konnektivität als Schlüssel zu nutzen, um kleine verschlüsselte Nachrichten in leistungsstarke Informationen umzuwandeln und die richtigen Entscheidungen zu treffen, die industrielle Prozesse, Unternehmensabläufe und Mitarbeitereffizienz erheblich verbessern.

Da fast alle städtischen Gebiete der Welt durch ein mobiles Breitbandnetz abgedeckt sind, hatten Ende 2020 fast 85 % der Bevölkerung Zugang zu einem 4G-Netz [1]. Die Realität ist, dass in ländlichen Gebieten immer noch Lücken bestehen. Laut dem globalen Technologieberatungsunternehmen ABI Research bedeckten terrestrische Mobilfunknetze im Jahr 2019 nur 20 % der gesamten Erdoberfläche. Dies schafft erhebliche Möglichkeiten zum Ausbau der Konnektivität in Bereichen, die nicht ihr volles Potenzial ausgeschöpft werden. Da ein erheblicher Teil der massiven IoT-Anwendungsfälle eine globale Reichweite in Branchen wie Logistik, Schifffahrt, Flottenmanagement, Energie- oder Umweltüberwachung erfordert, ist es nicht verwunderlich, dass die Erfassung von Daten in einigen der am schwersten zu erreichenden Ecken der Welt eine Herausforderung darstellt Jeder IoT-Spieler nimmt es gerne auf.

Eine Lösung zur Ergänzung terrestrischer Netzwerke sind satellitengestützte IoT-Dienste, die Satelliten für ihren Backhaul verwenden. Während es seit über einem halben Jahrhundert Satelliten in verschiedenen Formen und Größen und für verschiedene Zwecke gibt, hat die Miniaturisierung der Elektronik es Herstellern und Lösungsanbietern ermöglicht, jetzt kleine und günstige Satelliten anzubieten, die perfekt für das IoT mit geringer Bandbreite geeignet sind. Dadurch können kostengünstige Sensoren mit Langstrecken-Low-Power-Kommunikationsfunktionen IoT-Nachrichten aus dem abgelegenen Bereich direkt an das Satelliten-Gateway senden und die Notwendigkeit einer teuren neuen festen Stromversorgungsinfrastruktur umgehen.

Die Familie von Technologien, Standards und intelligenten Geräten, die dies ermöglichen, wird zusammenfassend als Low Power Wide Area Networks oder LPWAN bezeichnet. Dank ihrer schnellen Einführung in den letzten zehn Jahren wird die Zahl der vernetzten Geräte voraussichtlich von 13,9 Millionen im Jahr 2017 auf 1.151 Millionen im Jahr 2023 ansteigen [2]. Was LPWANs und insbesondere der offene Standard LoRaWAN ^® in die Systemumgebung bringt, ist kostengünstige Flexibilität. LoRaWAN verwendet ein nicht lizenziertes Funkfrequenzspektrum, das IoT-Anwendungen befriedigt, die eine hohe Reichweite, niedrige Bitrate und geringen Stromverbrauch mit Geräten mit einer Lebensdauer von bis zu 10 Jahren erfordern. Orte und Dinge, die nicht kostengünstig vernetzt werden konnten, sind nun schnell erreichbar. Vor diesem Hintergrund sind den Anwendungen keine Grenzen gesetzt.

Der Aufstieg von IoT-Satelliten

Lange Zeit war aufgrund teurer Installationen, hoher Satellitenstartkosten und geringer Bandbreiten die Satellitentechnologie als letztes Mittel gesucht. Aber die Dinge haben sich geändert. Sinkende Satellitennutzlasten und Startkosten in den letzten Jahren haben ein schnell wachsendes massives Satelliten-IoT-Ökosystem ermöglicht. Jüngste Studien zeigen vielversprechende Aussichten, wobei der globale Satellitenmarkt bis 2022 voraussichtlich um 25 % pro Jahr auf 3,4 Milliarden US-Dollar wachsen wird [3]. ABI Research gab bekannt, dass bis 2024 24 Millionen IoT-Verbindungen über Satellit hergestellt werden.

Gepaart mit verbesserter Wirtschaftlichkeit und technologischen Fortschritten sowohl bei der Satellitenkapazität als auch im Bodensegment haben der Aufstieg neuer Technologien und die ständig wachsenden Fähigkeiten von Satellitennetzen den Satelliten-Backhaul zu einem attraktiven Angebot auf der ganzen Welt und in vielen verschiedenen Anwendungen gemacht, die erfordern Datennetze mit hohem Durchsatz. Und das ist gut so. Jeder Remote Area Network-Einsatz, sei es eine Rinderfarm in Zentralaustralien, eine kochende Wüste in Mexiko oder der russische Ural, stellt nicht nur eine erhebliche logistische und kostspielige Herausforderung dar, sondern birgt auch Risiken für die menschliche Sicherheit. Gefährliche Umgebungen können eine Bedrohung für alle darstellen, die die Infrastruktur aufbauen und warten. Die Satellitentechnologie reduziert diese Risiken erheblich.

Abgesehen von dieser Gleichgültigkeit gegenüber unwirtlichen Geländen und Umweltbeschränkungen sind Satelliten einfach und sicher zu installieren, bieten eine beständige Dienstzuverlässigkeit und können bestehende zellulare und nicht zellulare Technologien unterstützen. Sowohl Satelliten- als auch terrestrische Netzwerke verfügen über ähnliche Kapazitäten und Gerätestromverbrauch und haben eine einzigartige Gelegenheit, durch Roaming zusammenzuarbeiten, um jederzeit eine flächendeckende Abdeckung zu gewährleisten.

LoRaWAN und Satellit:Änderung der Kosten-Nutzen-Gleichung

Damit ein Satellit wertvolle Informationen empfängt, muss er mit einem Sensor kommunizieren. Hier kommt LoRaWAN ins Spiel. Obwohl terrestrische LoRaWAN-IoT-Netzwerke in über 165 Ländern massiv eingeführt wurden, können in abgelegenen, nicht verbundenen Regionen, in denen Satellitendienste effektiver sein können als ein LoRaWAN-Netzwerk in Privatbesitz, eine enorme wirtschaftliche Rendite erzielt werden. LoRaWAN kann eine große Datenmenge in einer Vielzahl von anspruchsvollen großtechnischen Aktivitäten wie Meerestechnik, Erdbebenüberwachung und Bewässerungsleistung erhalten, indem einfach kleine, kostengünstige Sensoren eingesetzt werden, die eine Verbindung mit dem Satelliten herstellen. Ein Beispiel ist die intelligente Fernüberwachung von Wasserkraftwerken. Durch kontinuierliche Überwachung und Echtzeit-Ferndaten entfällt die manuelle Datenerfassung unterwegs, was Zeit und Geld spart und die Sicherheitsrisiken für das Personal erheblich reduziert. Im Vergleich zur regelmäßigen manuellen Datenerfassung reduziert diese Lösung die Fahrzeit um 80 %.

Der bereits erwähnte niedrige Stromverbrauch von LoRaWAN-fähigen Geräten ermöglicht eine Lebensdauer von bis zu 10 Jahren ohne Service oder menschliches Eingreifen, um sie zu ersetzen. Wie funktioniert das? Im Fall von Frachtcontainern, die große Entfernungen zurücklegen, von denen ein Großteil völlig außerhalb jeglicher Konnektivitätsreichweite liegt, würden bestehende Lösungen stromverbrauchende Protokolle wie GPS beinhalten. Dank der Verbindung mit einem Satelliten bleiben Schiffe und ihre Container jederzeit mit dem Netzwerk in Verbindung und können Daten in Echtzeit melden. Da ein LoRaWAN-fähiges Gerät nur bei Bedarf aktiv ist, können Datenpakete in bestimmten Intervallen gesendet werden. Geräte benötigen daher kein regelmäßiges Aufladen. Dies ist eine äußerst kostensparende Technik, da die Kosten für das Aufladen des Trackers nach jeder Fahrt eines typischen Versandcontainers die Kosten für das Ortungsgerät oder die Konnektivitätsgebühren selbst bei weitem übersteigen.

Während bei der Schließung der globalen Konnektivitätslücke große Fortschritte erzielt wurden, ist noch einiges zu tun, um Millionen von Menschen und Unternehmen, die immer noch ohne sie leben, Zugang zu verschaffen. Sicher ist, dass die Satellitentechnologie für ganze Branchen eine Wende bedeuten wird und die Art und Weise revolutionieren wird, wie Unternehmen auf Daten von Assets zugreifen und diese verwenden, unabhängig davon, wo sie stationiert oder unterwegs sind. Viele Anwendungen sind bereits jetzt verfügbar und werden in den nächsten Jahren weiter entwickelt, was uns einem nachhaltigen Planeten einen Schritt näher bringt, auf dem die lokale Wirtschaft und Gemeinschaften durch eine zuverlässige Datenübertragung in vorstädtische, ländliche und abgelegene Gebiete unterstützt werden.

Die Antwort auf eine wirklich globale IoT-Konnektivität ist, nach den Sternen etwas höher zu greifen.

Referenzen:

1. Entwicklungssektor der Internationalen Telekommunikationsunion;Messen der digitalen Entwicklung Zahlen und Fakten , 2020.
2. Structural Health Monitoring-Markt nach Lösungen (Hardware:Sensoren, Datenerfassungssystem; Software und Dienste), Technologie (kabelgebunden und drahtlos), Endbenutzer und Geografie – Globale Prognose bis 2022 (Zusammenfassung hier verfügbar).
3. IoT-Analyse. LPWAN-Marktbericht 2018-2023. Marktgröße &Aussichten.