Wasserzähler, Parkplätze, Straßenlaternen – im Internet der Dinge (auf Englisch Internet of Things , kurz IoT) ist alles vernetzt, was sinnvoll vernetzt werden kann. Die Grundlage? Das richtige Netz. Ideal für viele IoT-Anwendungen, die nur hin und wieder kleine Datenmengen verschicken, ist NarrowBand IoT (NB-IoT).

Die Funktechnologie NarrowBand IoT (NB-IoT) zählt zu den vielversprechendsten Innovationen im Bereich der M2M-Kommunikation für das Internet of Things. NB-IoT ist als sogenannte Low Power Wide Area (LPWA) Technologie mit niedrigem Energiebedarf sowie hoher Gebäudedurchdringung und Reichweite eine kostengünstige Lösung für das schmalbandige Internet der Dinge.

Während seine niedrige Bandbreite für die meisten IoT-Anwendungen im öffentlichen Bereich und im Verbrauchersektor ausreicht, überzeugt es durch einzigartige Vorteile wie niedrige Kosten, geringen Energieverbrauch und hohe Gebäudedurchdringung. Da NB-IoT das bestehende Telekommunikationsnetz nutzt, bietet es Zuverlässigkeit und optimale Abdeckung.

Erschließung des IoT mit NB-IoT.

Das Internet der Dinge ist längst keine Utopie mehr: Physische Objekte („Dinge“) werden mit Software, Sensoren und einer Netzwerkverbindung ausgestattet, um Daten zu erfassen und auszutauschen. Wo vorher Geräte und Maschinen entweder aufgrund technischer Voraussetzungen oder ökonomischer Beweggründe nicht vernetzt werden konnten, wirkt NB-IoT bahnbrechend und macht das Internet of Things massentauglich.

Die wesentlichen Merkmale von NarrowBand IoT auf einen Blick:

• Geringe Materialkosten für Modems
• Datenübertragung mit geringer Bandbreite
• Bidirektionale, nicht‑häufige Übertragung kleiner Pakete
• Niedriger Energieverbrauch und hohe Batterielebensdauer
• Hohe Gebäudedurchdringung und verbesserte Netzabdeckung

IoT Anwendungen sind unglaublich vielfältig – das stellt das zugrundeliegende Netz vor große Herausforderungen. Während LTE oder zukünftig der 5G-Mobilfunk kritische M2M-Kommunikation, etwa bei der Fernsteuerung von Maschinen, ermöglicht und LAN oder WLAN perfekt für Netzwerke über eine geringe Distanz sind, gibt es auch noch andere Fälle. Für Sensoren in abgelegenen Gegenden und ohne Stromanschluss wird eine Technik benötigt, die über weite Entfernungen eine flächendeckende Netzabdeckung gewährleisten und per Batterie betrieben werden kann: NarrowBand IoT.

Die Vorteile auf einen Blick:

Tiefe Gebäudedurchdringung & hohe Netzabdeckung:

• Flächendeckende Netzabdeckung über weite Entfernungen
• Datenübertragung auch unter herausfordernden Einsatzbedingungen, z. B. in Gebäuden (mit vielen Hindernissen für Funkwellen) oder unterirdisch
• +20 dB Link Budget (gegenüber GPRS) für bessere Gebäudedurchdringung

Geringe Kosten:

• Weniger als 5 US-Dollar pro Modul (mittelfristiges Industrieziel) dank einfacher Chiparchitektur und hohem Produktionsvolumen
• Niedrige Kosten für die Datenübertragung aufgrund geringer Übertragungsmenge und -frequenz
• Vernetzung mit minimalem Aufwand möglich – keine Installation und Wartung lokaler Netze nötig

Milliarden von Endgeräten:

• Bis zu 100x so viele Endgeräte pro Zelle (verglichen mit GSM)

3GPP-Industriestandard:

• Zukunftstaugliche, standardisierte und zuverlässige Technologie und damit international einsetzbar
• Herstellerübergreifende Kompatibilität & internationale Abdeckung
• Ökosystem großer Netzbetreiber, Netzwerkausrüster und Chip-/ Endgerätehersteller
• Lizenziertes Funkspektrum mit garantierten Service Levels
• Optimiert für bestehende Mobilfunknetze des Betreibers in lizenzierten Frequenzbereichen, die hohe Verfügbarkeit, Stabilität, Zuverlässigkeit und Sicherheit bieten (auf LTE Basis)

Lange Batterielaufzeit:

• Niedriger Stromverbrauch
• Laufzeit von bis zu 10 Jahren bei typischem Verbrauchsmuster (3GPP) mit zwei AA-Batterien möglich
• Unabhängigkeit von externen Stromquellen ermöglicht Einsatz auch in abgelegenen Orten

Niedriger Energiebedarf, stärkere Gebäudedurchdringung, geringe Materialkosten. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, wie folgende Beispiele zeigen.

Basis für Smart City-Anwendungen

Vernetzte Smart-Cities-Technologien machen den Alltag in urbanen Räumen effizienter. Zahlreiche Großstädte haben bereits den Weg zur intelligenten, vernetzten Stadt eingeschlagen. Sie sehen sich mit komplexen Herausforderungen konfrontiert, zu denen nicht zuletzt ein drohender Verkehrs- und Umweltkollaps zählt.

Vernetzung von Parkplätzen

Smart-Parking-Lösungen, die überprüfen können, ob ein Parkplatz belegt ist und Fahrer zum nächstgelegenen verfügbaren Platz leiten, lassen sich besonders leicht mit NB-IoT realisieren. Aufgrund der hohen Anzahl vernetzter Sensoren, der niedrigen Kosten und der langen Batterielaufzeiten ist die Technik perfekt dafür geeignet. Wie T-Mobile das umgesetzt hat lesen sie hier.

Vernetzung von Straßenlaternen

NB-IoT-Technologie kann beispielsweise auch für die Steuerung der Straßenbeleuchtung genutzt werden. So können mit entsprechenden Modulen ausgerüstete Laternen aus der Ferne ein- und ausgeschaltet oder gedimmt werden und Defekte selbstständig melden.

Smart Waste Management

Intelligentes Abfallmanagement sorgt dafür, dass Mülltonnen nicht nach einem festen Zeitplan, sondern nach Bedarf geleert werden. Durch Routenoptimierung der Müllfahrzeuge können Zeit und Kosten gespart werden. Mit NB-IoT Modulen ausgestattete Mülltonnen, benachrichtigen ein Kontrollzentrum, wenn sie voll sind.

Diese Beispiele veranschaulichen, was aktuelle Smart City Lösungen bereits leisten können und wie sie sich in ein stadtweites Netz integrieren lassen. Vernetzte Städte werden nicht über Nacht Gestalt annehmen, doch können Städte die gesellschaftlichen, wirtschaftlichen, ökologischen und technologischen Entwicklungen zuwege bringen, die für die digitale Transformation in Smart Cities erforderlich sind.

Welche Technologie steckt hinter NB-IoT

NB-IoT folgt den Anforderungen, die im 3GPP-Standard definiert wurden, und wird im lizenzierten Spektrum betrieben. Darüber hinaus unterstützt NB-IoT die modernen 3GPP-Sicherheitsstandards, die mittels einer am Gerät angebrachten physischen SIM (UICC) Authentifizierung, Signalschutz und Datenverschlüsselung auf höchstem Niveau sicherstellen.

Warum lizenziertes Spektrum?

Im Vergleich zu Technologien im unlizenzierten Spektrum kann NB-IoT durch die Nutzung eines lizenzierten Spektrums die Problematik von Interferenzen deutlich reduzieren. Anbieter können bestimmte Frequenzen für die Übertragung ihrer Dienste garantiert freihalten und in Kombination mit einer automatischen Datenpriorisierung eine höhere Dienstgüte (QoS) zusagen.

Zudem macht NB-IoT eine enorm hohe Anzahl vernetzter Objekte pro Funkzelle möglich. Mit steigender Anzahl an vernetzten Geräten werden die Vorteile einer standardisierten Technologie im lizenzierten Spektrum immer wichtiger werden. Und auch beim Thema Downlink punktet NB-IoT: Selbstverständlich können über diese Variante des LPWA-Netzes Daten in beide Richtungen gesendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen NB-IoT und LPWA?

LPWA ist eine Abkürzung für Low Power Wide Area Technologien, die mittlerweile gängig im M2M/IoT Bereich ist. Unter dem Begriff LPWA wird eine Gruppe von Technologien verstanden, wie NB-IoT, die speziell die Kundenanforderungen nach niedrigem Energiebedarf und hoher Gebäudedurchdringung erfüllen.

Was wird benötigt zur Einführung des neuen Netzes?

Unsere bestehende LTE-Infrastruktur ermöglicht uns eine effiziente Integration von NB-IoT. Dabei wird NB-IoT größtenteils per Software-Upgrade auf unser bestehendes LTE-Funkzugangsnetz eingespielt. Zusätzlich wurden von der 3GPP speziell für NB-IoT spezifizierte Komponenten (z.B. Kernnetzelemente) aufgebaut.

Was unterscheidet NB-IoT von "normalen" LTE?

Grundsätzlich basiert NB-IoT auf der LTE-Technologie. Zur Optimierung von Kosten und Batterielaufzeit wurden jedoch einige Features (z.B. Voice) entfernt und die Datenübertragung vereinfacht. Bei Endgeräten genügt eine einzelne Antenne.

Ist die Technologie SIM-basiert?

Ja, NB-Iot benötigt immer eine SIM-Karte, da es LTE-Sicherheitsmechanismen nutzt, die auf den Spezifikationen des 3GPP-Standards basiert. Die Nutzung eines standardisiertes SIM-Profils ermöglicht auch den internationalen Einsatz von NB-IOT über eine Vielzahl ausländischer Netzbetreiber sobald Roaming eingesetzt wird.

Welche Einschränkungen hat NB-IoT?

Ein geeigneter Anwendungsfall muss folgenden Kriterien entsprechen:

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NB-IoT ist ein neuer Standard fürs Mobilfunknetz, der sich für eine ganze Reihe von Smart-City-Anwendungen besonders gut eignet. T-Mobile Austria realisierte gemeinsam mit Huawei einen Ende zu Ende NB-IoT Showcase, der zeigt, wie sich ein Smart-Parking-System mit NB-IoT umsetzen lässt. Wie dieser Showcase konkret aussieht und warum sich NB-IoT für Smart-City-Anwendungen wie Smart Parking besonders gut eignet, lesen Sie in diesem Beitrag. 

Die fünf Parkplätze direkt vor dem T-Mobile Shop im T-Center am Wiener Rennweg sind seit Februar 2017 „smart“. T-Mobile zeigt dort, wie sich der neue Mobilfunkstandard NarrowBand IoT (NB-IoT) in der Praxis bewährt. Teile des Netzes in und rund um das T-Center arbeiten schon länger mit der neuen Netzwerktechnologie. Um das Smart Parking umzusetzen, wurden vor dem T-Center Sensoren vergraben.

Kooperation mit Huawei

Eine App zeigt, ob und welche dieser fünf Parkplätze belegt oder frei sind. Die Applikation und die Sensoren stammen dabei von Huawei. Gemeinsam mit diesem Technologiepartner hat T-Mobile Austria im Herbst übrigens einen neuen Speed-Rekord im LTE-Netz aufgestellt. Dabei erzielte man eine Downloadgeschwindigkeit von 2 Gigabit pro Sekunde.

Spezielle Anforderungen ans Netz

Beim Smart-Parking-Showcase spielt das schnelle Übertragen von einer großen Menge an Daten hingegen überhaupt keine Rolle. Das Netz, über das die Sensoren melden, ob der Parkplatz frei oder belegt ist, muss vielmehr anderen Anforderungen genügen:

• es muss eine hohe Verfügbarkeit aufweisen
• es sollte Signale über sehr große Entfernungen transportieren können, denn Parkplätze gibt es bekanntlich an den exponiertesten Stellen.
• Das Signal sollte auch Gebäude gut durchdringen können.
• Die Kosten für die Hardware sollten ebenso sehr niedrig sein. Da es viele Sensoren zu vernetzen gilt, sollte dies auch in betriebswirtschaftlich sinnvollem Rahmen möglich sein.
• Der Energiebedarf sollte so gering wie möglich sein. Denn wenn Sensoren ständig neue Akkuladungen, oder gar einen Stromanschluss benötigen, würde die mobile Vernetzung kaum Vorteile bringen.
• Die Übertragungstechnologie sollte sicher sein. Denn ein gehacktes Smart-Parking-System verursacht genau das, was man damit in den Griff bekommen will: Ein Verkehrschaos.

Die Netzwerktechnologie NB-IoT erfüllt all diese Ansprüche meisterhaft. Der neue Standard eignet sich eben für M2M und das Internet der Dinge besonders gut. Denn:

• Die Kosten für ein Modem sind sehr gering und liegen bei rund fünf Euro. Da nur wenige Daten übertragen werden und keine ständige Verbindung notwendig ist, ist NB-IoT eine sehr günstige Alternative zum klassischen Mobilfunk.
• Das Sende- und Empfangspegelbudget ist um 20 Dezibel höher als bei GSM. Dadurch wird eine exzellente Gebäudedurchdringung und Versorgung erreicht.
• Der Energieverbrauch von NB-IoT ist extrem gering. Ein Sensor kommt mit zwei handelsüblichen AA-Batterien etwa 10 Jahre aus. Wenn Sensoren in Bauwerke eingelassen oder vergraben werden, ist eine so lange Lebenszeit auch sehr praktisch.
• Da es sich bei NB-IoT um eine standardisierte Technologie handelt, erfüllt sie sehr hohe Sicherheitsanforderungen. NB-IoT unterstützt die modernen 3GPP-Sicherheitsstandards, die mittels einer am Gerät angebrachten physischen SIM (UICC) Authentifizierung, Signalschutz und Datenverschlüsselung auf höchstem Niveau sicherstellen.
• Im Vergleich zu Technologien im unlizenzierten Spektrum kann NB-IoT durch die Nutzung eines lizenzierten Spektrums die Problematik von Interferenzen deutlich reduzieren.
• Narrowband IoT erreicht eine sehr hohe Reichweite von mehr als zehn Kilometern.

Neue Technologie soll ernstes Problem lösen

Beim Smart-Parking-Test vor dem T-Center geht es darum, praktische Erfahrungen mit der neuen Übertragungstechnologie zu sammeln. Und: T-Mobile Austria möchte mithilfe dieses Showcases zeigen, was sich mit NB-IoT alles machen lässt. Dafür eignet sich Smart Parking natürlich perfekt. Denn etwa ein Drittel der Autofahrer, die durch die Stadt kurven, tun dies bloß, um einen freien Parkplatz zu suchen. Wenn ein smartes Parkplatzmanagement-System zeigt, wo noch freie Plätze zu haben oder gar reservierbar sind, würde das die Verkehrslast erheblich lindern. Mit NB-IoT wäre also ein ernstes Problem lösbar, das sich wegen der fortschreitenden Urbanisierung noch weiter verschärfen wird.

BS2 Sicherheitssysteme vertraut auf NB-IoT von T-Mobile

Städte stehen vor gewaltigen Herausforderungen: wachsende Bevölkerungszahlen, der sparsame Umgang mit Ressourcen und nicht zuletzt die steigenden Sicherheitsanforderungen. Moderne Technologien können dabei helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen. Mit der neuen Funktechnologie NB-IoT (NarrowBand-IoT) hat die Entwicklung der Smart City einen großen Schritt nach vorne gemacht. NB-IoT ist als sogenannte Low Power Wide Area (LPWA) Technologie mit niedrigem Energiebedarf sowie hoher Gebäudedurchdringung und Reichweite eine kostengünstige Lösung für das schmalbandige Internet der Dinge. Das Unternehmen BS2 Sicherheitssysteme hat auf Basis dieser Technologie eine Lösung entwickelt, die Gebäude und Brücken sicherer macht und setzt dabei auf NB-IoT von T-Mobile. 
Die Deutsche Telekom nimmt bei NB-IoT weltweit eine Vorreiterrolle ein, die Unternehmenstochter T-Mobile Austria betreibt bereits seit Anfang Juni 2018 als einziger Mobilfunkanbieter in Österreich ein flächendeckendes NB-IoT Netz.

Frühwarnsystem für sichere Gebäude

BS2 Sicherheitssysteme hat ein digitales Frühwarnsystem für Brücken, Tunnel, Gebäude und andere Infrastrukturobjekte auf Basis von NB-IoT entwickelt. Das Unternehmen mit Sitz in Boppard in Deutschland konnte dafür auf die Unterstützung und Ressourcen des Inkubators „Hubraum“ der Deutschen Telekom zurückgreifen. Verschiedene in den Gebäuden und Bauwerken eingebaute Sensoren erkennen dabei Warnsignale lange bevor erste sichtbare Anzeichen für Schäden auftreten, indem sie die kritischen Faktoren eines Bauwerks wie Temperatur, Feuchtigkeit und Korrosion überwachen. Nicht rechtzeitig erkannt können diese irreparable Schäden verursachen oder eine größere Wartung des Armierungsstahls in den Zementkonstruktionen erforderlich machen. Überwachte Bauwerke werden auf Basis dieser Übertragungstechnologie intelligenter, sicherer und nachhaltiger. Zudem kann sie Schäden reduzieren und Reparaturarbeiten sowie Wartungskosten minimieren.

»Mit T-Mobile haben wir einen kompetenten Technologiepartner, der uns dabei hilft, unsere Lösungen noch sicherer und effizienter zu machen.« 
—Benedikt Seuss, Geschäftsführer von BS2 Sicherheitssysteme

Das Projekt in 15 Sekunden

BS2 Sicherheitssysteme ist Spezialist für individuelle Monitoring- und Sicherheitslösungen für Bauwerke und technische Infrastruktur. Auf Basis von NarrowBand-IoT hat das Unternehmen eine Lösung entwickelt, die Gebäude und Brücken mittels Sensoren sicherer macht. Sensoren erkennen dabei Warnsignale lange bevor erste sichtbare Anzeichen für Schäden auftreten. Als Technologiepartner für die moderne NB-IoT-Technologie fungiert T-Mobile.

Über BS2 Sicherheitssysteme

BS2 Sicherheitssysteme mit Sitz in Boppard am Rhein ist ein Hersteller innovativer Sensortechnologie zur Überwachung von Korrosion und Feuchtigkeit in Bauwerken. Darüber hinaus bietet das Unternehmen Pegel-, Riss- und Statikmonitoring sowie Zugangssicherung für sensible Infrastruktur. Zu den Kunden von BS2 Sicherheitssysteme gehören Ingenieurbüros, Bauunternehmen, Gutachter, Betreiber sicherheitskritischer Infrastruktur genauso wie Energieversorger, Industrie und öffentliche Auftraggeber.