Das IoT verbinden – Die Schmalband-Chance

Dr. Stamatis Georgoulis

Die Einführung des iPhones im Jahr 2007 überraschte die Mobilfunkbetreiber völlig – sie waren einfach nicht auf den enormen Anstieg der mobilen Datennutzung durch die Geräte vorbereitet, sagt Dr. Stamatis Georgoulis, Produktdirektor, Cobham Wireless .

Sie brauchten Jahre, um die Netzwerkinfrastruktur zu entwickeln, die Smartphone-Datendienste effizient unterstützen konnte. Zehn Jahre später versuchen Mobilfunkbetreiber erneut, dasselbe Schicksal zu vermeiden, während sie sich auf die nächste große Umwälzung in der Branche vorbereiten:das Internet der Dinge (IoT).

Gärtner Schätzungen zufolge wird es bis 2020 20,4 Milliarden vernetzte Geräte geben – das entspricht etwa drei Geräten auf jeden Menschen auf der Erde heute. Diese Geräte erfordern alle eine mobile Konnektivität, wobei viele von ihnen über das drahtlose Netzwerk eines Mobilfunkanbieters verbunden sind. Dies ist eine entmutigende Aussicht für Betreiber, die bereits mit einem Kapazitätsmangel in ihren Netzen konfrontiert sind, insbesondere in bebauten Stadtgebieten.

Die Betreiber sind sich jedoch ebenso bewusst, dass die Verbindung von IoT-Geräten und -Systemen mit ihren Netzwerken eine große Chance bietet, neue Einnahmen zu erzielen. Sie spielen auch eine Rolle bei der Bereitstellung neuer Dienste und Anwendungen, um das wachsende Ökosystem zu unterstützen. Diesen Monat Vodafone kündigte die Einführung seiner ersten Internet-of-Things-Hardware an, die einen Auto-Dongle und eine 4G-Überwachungskamera umfasst. Wie Vodafone gezeigt hat, befinden sich Betreiber in der einzigartigen Position, nicht nur die Konnektivität, sondern auch die Endbenutzertechnologie und -schnittstelle bereitzustellen.

Um die IoT-Chance zu nutzen, sind vor allem neue Konnektivitätsstandards erforderlich, um eine effiziente Nutzung mobiler Daten zu gewährleisten und einen Kapazitätsengpass zu vermeiden, der zum Stillstand der Netze führen könnte. Diese neuen Systeme müssen nicht nur entwickelt, sondern auch getestet und validiert werden, um die kommerzielle Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Betreiber auf der ganzen Welt wägen jetzt Optionen ab, wie sie ihre Netzwerkinfrastruktur am besten weiterentwickeln können, um die Fülle neuer Geräte, die in das Ökosystem eintreten, effizient zu verbinden.

Die Optionen zum Verbinden des IoT

Low Power Wide Area Network (LPWAN) ist der Schlüssel zur Verbindung des IoT. Es wurde für Endbenutzergeräte entwickelt und unterstützt einen niedrigen Batterieverbrauch, der es kleinen Geräten hypothetisch ermöglichen könnte, mit einer einzigen Ladung zehn Jahre lang mit Strom versorgt zu werden. Der Funkstandard kann auch kostengünstige Chipsätze anbinden, was Geräte und Systeme günstiger macht. Die erste Wahl, die Betreiber bei der LPWAN-Technologie haben, ist, ob sie ihre Bemühungen auf die Konnektivität über das nicht lizenzierte oder lizenzierte Spektrum konzentrieren möchten.

LoRa (entwickelt von Semtech , und unterstützt von einer Industrieallianz) und SigFox (unterstützt von einem französischen Unternehmen gleichen Namens) verwenden beide unlizenziertes Spektrum. Für den Betrieb dieser Technologien ist eine neue Netzwerkinfrastruktur erforderlich, die sich von der aktuellen Mobilfunktechnologie unterscheidet.

Das bedeutet, dass, wenn ein Betreiber die Technologie in seine Basisstationen integriert, er viel weniger Kontrolle über den Funkverkehr hat als bei der traditionellen Mobilfunktechnologie, da sie nicht im gleichen Teil des Funkspektrums arbeiten. LoRa und SigFox sind jedoch aufgrund der Kosten der Funkmodule ideal für Inselnetzanwendungen. Als solche könnte die Technologie Anwendungen in intelligenten Unternehmen oder Campus haben und eine zugängliche und kostengünstige Alternative zur Aktualisierung eines herkömmlichen Mobilfunknetzes bieten.

Das mit Spannung erwartete neue Protokoll zur Ermöglichung von IoT-Diensten und -Geräten ist jedoch NarrowBand-IoT (NB-IoT), das Konnektivität für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle bieten kann. Das durch 3GPP standardisierte NB-IoT arbeitet im lizenzierten Spektrum und ist direkt mit den bestehenden LTE-Netzen der Betreiber kompatibel. Es erfordert nur Software-Upgrades auf vorhandenen Basisstationsstandorten, um es zu aktivieren. Anschließend kann es einfach skaliert werden, um dem Wachstum der Mobilfunknetze der Betreiber in fast jeder Umgebung gerecht zu werden.

Die Kanalbandbreite von NB-IoT beträgt nur 200KHz (180KHz, plus Schutzbänder). Dies macht es für die Kanalreformierung geeignet; es kann „in-band“ neben dem Spektrum eingesetzt werden, das von einem Betreiber für LTE bewacht wird. Dies ermöglicht es den NB-IoT/LTE-Netzwerken der Betreiber, eine große Anzahl von IoT-Geräten unterzubringen, ohne die Leistung normaler mobiler Geräte zu beeinträchtigen, die mit dem Netzwerk verbunden sind.

Angesichts dieser Vorteile stellen viele Betreiber die Technologie heute in den Mittelpunkt ihrer IoT-Strategien. Deutsche Telekom hat ein kommerzielles NB-IoT-Netzwerk in Deutschland, Irland und Spanien gestartet; Vodafone hat Netzwerke in Australien und Griechenland eingerichtet, weitere weltweit sind geplant; und TIM hat ein weitreichendes Netzwerk in ganz Italien ins Leben gerufen, um nur einige zu nennen. Die Unterstützung der Betreiber trägt dazu bei, Hersteller und andere Parteien zu motivieren, in Geräte und Anwendungen zu investieren, die durch NB-IoT unterstützt werden können. Samsung , zum Beispiel, hat kürzlich ein IoT-Tracking-Gerät auf den Markt gebracht, das die NB-IoT-Technologie verwendet.

NB-IoT kann sich in vielen Fällen gegenüber SigFox und LoRa durchsetzen, aber es gibt einen vierten Standard, der bleiben wird:CAT-M (oder LTE-M). Wie beim früheren Standard verwendet CAT-M lizenziertes Spektrum und kann von bestehender Infrastruktur unterstützt werden. Es wird Hand in Hand mit NB-IoT arbeiten und nicht in einer Entweder-Oder-Situation.

Dieser Standard ermöglicht höhere Datenraten und unterstützt somit andere Geräte und Anwendungen als NB-IoT, was bedeutet, dass Betreiber beide Standards parallel testen und implementieren. CAT-M kann große Datenmengen übertragen und wird mit einer maximalen Datenrate von etwa 100 KBit/s für Anwendungen wie Smart City-Anwendungen und Smart Home-Energiesysteme verwendet.

Validierung der IoT-Netzwerke der Zukunft

Die Priorität für Betreiber besteht heute darin, sicherzustellen, dass ihre Netzwerke in der Lage sind, neue drahtlose Technologien wie NB-IoT und CAT-M sowie die Millionen neuer Geräte zu unterstützen, die zunehmend mit ihren Netzwerken verbunden werden. Es ist jetzt eine Technologie verfügbar, die Millionen von Geräten im Netzwerk eines Betreibers in einer Laborumgebung emulieren kann, um sicherzustellen, dass die Infrastruktur für den kommerziellen Einsatz bereit ist.

Vom Kernnetz bis hin zu den Basisstationen müssen die Betreiber einen universellen Überblick darüber haben, wie ihre Netze den Anforderungen des IoT gewachsen sind. Dies wird dazu beitragen, die Entwicklung und Bereitstellung neuer IoT-Konnektivitätsstandards im Telekommunikationsökosystem zu beschleunigen, wodurch ein besseres Kundenerlebnis geboten und neue Möglichkeiten zur Umsatzgenerierung eröffnet werden.

Der Autor dieses Blogs ist Dr. Stamatis Georgoulis, Produktdirektor bei Cobham Wireless