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Intelligente Netzwerke: Grundsteinlegung

Fortsetzung des Artikels von Teil 2.

Exkurs: LPWAN am Beispiel Sigfox

Vergleich von Sigfox, LoRa und NB-IoT Bildquelle: © Bild: „A comparative study of LPWAN technologies for large-scale IoT“, KICS, 2017

Vergleich von Sigfox, LoRa und NB-IoT mit Bezug auf IoT-relevante Faktoren wie Latenz, Kosteneffizienz oder Abdeckung.

Viele der zukünftig im Internet of Things angebundenen Geräte benötigen nur eine geringe Bandbreite, da sie nur kleine Datenmengen übertragen müssen. Herkömmliche Mobilfunksysteme wie etwa 4G können sich für viele dieser Anwendungen als zu komplex und zu teuer erweisen und und haben zudem eine hohe Leistungsaufnahme. Eine Alternative bieten in diesem Zusammenhang Low-Power Wide-Area-Networks (LPWAN), welche über große Entfernungen mit geringen Datenraten betrieben werden. Bekannteste Vertreter sind LoRA, Sigfox und NB-IoT/NB-M1.

Im Fall von Sigfox handelt es sich um Netzwerk für die schlanke, batterieschonende, kosteneffiziente und sichere Sensor-to-Cloud-Kommunikation. Sigfox nutzt dafür ein Funksystem auf Basis von Ultra-Schmalband-Technologie. Der Rollout des öffentlich zugängigen Netzes ist derzeit in vollem Gange. Ende 2018 soll ganz Deutschland abgedeckt sein, langfristiges Ziel ist eine globale Netzabdeckung, wobei die Dichte der benötigten Basisstationen durch die hohe Reichweite entsprechend gering ist. Die Abdeckung Frankreichs soll beispielsweise mit 1.200 Basisstationen möglich sein. Zudem ist das komplette Ökosystem bereits verfügbar: Es gibt unzählige Bauelemente, Module, Starterkits und Entwicklungsplattformen von Sigfox-zertifizierten Modulpartnern, die Entwickler jetzt zur Evaluierung von Sigfox nutzen können.

Sigfox setzt dabei auf eine besonders flache Topologie mit drei Ebenen: Device-, Basisstations- und Cloud-Ebene. Diese flache Architektur von Sigfox ist entscheidend, um sowohl Betriebs- als auch Investitionskosten für Kunden minimieren zu können. Sigfox verwendet zudem Software Defined Radio (SDR) mit Software-Algorithmen für eine effiziente Demodulation. Damit erfordern die Basisstationen keine teure Hardware, was sich auch vorteilhaft auf die Kosten auswirkt und konkurrenzfähige Preise ermöglicht. Daten werden von Sigfox-fähigen Sensoren und Devices drahtlos an die Basisstationen gesendet und durch eine Backhaul-Verbindung weitergeleitet. Genutzt wird dafür hauptsächlich eine DSL-Verbindung und 3G oder 4G als Back-up. Sollte eine dieser Übertragungsarten nicht zur Verfügung stehen, kann Sigfox alternativ auch eine Satellitenverbindung nutzen. Dadurch lässt sich die Technologie selbst mitten im Ozean einsetzen.

Sigfox-Basisstation können im Gegensatz zu Mobilfunk-Basisstationen bis zu einer Million Objekte verwalten, wobei ein Tausendstel der Energie der Standard-Mobilfunksysteme benötigt wird. Sigfox-Geräte können laut Aussage des Anbieters bis zu 20 Jahre lang mit lediglich zwei AA-Batterien arbeiten, weil sie nur „aktiv werden, wenn sie eine Nachricht senden und dann direkt wieder in den Ruhezustand zurückkehren“. Geräte im Sigfox-Netz nutzen dazu geringe Datenraten. Sie können maximal zwölf Bytes pro Nachricht und zugleich nicht mehr als 140 Nachrichten pro Gerät und Tag verschicken. Dies bedeutet genug Kapazität, um einfache Nachrichten zu übertragen.

Mit der Sigfox-Technologie kann beispielsweise ein öffentlich zugänglicher Defibrillator überwacht werden. Übermittelt werden Informationen zur technischen Unversehrtheit, des Batteriezustandes sowie Informationen über eine erfolgte Nutzung. Ebenso können Messwerte im landwirtschaftlichen Bereichen, wie die Nährstoffwerte des Bodens oder der Wasserhaushalt eines Behältnisses, erfasst werden.