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.

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.

• 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.

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

• 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

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

• 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)

• 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.

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.

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. Auch T-Mobile zeigt mit einem NB-IoT Showcase, wie Smart Parking funktionieren kann. 

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ein geeigneter Anwendungsfall muss folgenden Kriterien entsprechen:

Die hohe Gebäudedurchdringung von NB-IoT wird mit robusten und schmalbandigen Modulationsverfahren
und Redundanz (wiederholtes Senden) erreicht. Je nach Empfangssituation des Endgeräts können drei
Stufen, sogenannte Coverage Extension Levels (CE0, CE1, CE2) eingestellt werden

NB-IoT hat drei Energiesparfunktionen:

Für die Datenübertragung zwischen Endgerät und APN gibt es folgende Möglichkeiten: 

• IP Mode: Hier ist UDP das empfohlene und gängige Transportprotokoll. TCP auf der Luftschnittstelle ist
  zwar möglich, wird aber aufgrund des erhöhten Datenvolumens nicht empfohlen. TCP, http und https
  können jedoch zwischen APN und Server genutzt werden.
  
• Non-IP Mode: Alternativ ist eine Non-IP-basierte Datenübertragung über NB-IoT möglich, um das
  benötigte Datenvolumen zu senken (da UDP/IP Protokoll-Overhead eingespart wird) und um die
  Sicherheit weiter zu erhöhen. Dies ist allerdings nur in Verbindung mit einem privaten APN möglich.
  

In beiden Fällen können prinzipiell weitere Applikationsprotokolle wie MQTT-SN, MQTT und COAP genutzt
werden.

NB-IoT unterstützt eine bidirektionale Kommunikation, wobei Uplink die üblichere Richtung ist. Es wird nur
Halb-Duplex unterstützt, d.h. die Übertragung findet entweder auf dem Uplink oder auf dem Downlink statt,
aber nicht gleichzeitig.

Die Batterielaufzeit hängt von mehreren Faktoren ab: u.a. von dem Energieverbrauch der Funkmodule und
der Sensoren, von der Häufigkeit der Übertragungen und von der jeweiligen Empfangssituation. Die 3GPP
schätzte, dass für einen typischen NB-IoT Use Case mit Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren gerechnet
werden kann. Andere Konfigurationen können jedoch abweichende Batterielaufzeiten haben.

Die entscheidenden Unterschiede sind die Standardisierung und die Frequenzbänder: NB-IoT ist ein
3GPP-Industriestandard, der existierende Netzinfrastruktur nutzt wie Standorte, Basisstationen, Antennen,
Backhaul und lizenziertes Spektrum. Lizenzierte Bänder können eine große Anzahl von Geräten stabil und
sicher bedienen, mit hohen Kapazitäten und mit hoher Zuverlässigkeit. Sigfox und LoRa sind proprietären
Technologien und verwenden unlizenzierte Bänder, benötigen daher dedizierte bzw. neue Netzkomponenten. Mit einer zunehmenden Anzahl vernetzter Geräte kann die Übertragungsqualität auf unlizenzierten Bändern
abnehmen (z. B. durch Interferenz), während die Vorteile der Verwendung einer standardisierten Technologie
in lizenzierten Bändern immer offensichtlicher werden.

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.

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.

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.

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.

Das Startup bietet Herstellern eine Komplettlösung von Hardware, Firmware, Analytics, IoT-Cloud bis hin zu
Frontends und setzt aktuell mehrere Integrations-Projekte um. „Der technische USP von ToolSense ist lokales Machine Learning direkt auf dem ToolSense-Modul – so können energiesparend, kostengünstig und mit
geringen Übertragungsvolumina sehr große Mengen an Sensordaten verarbeitet werden“, konkretisiert
Manafi. Und das ist der springende Punkt, denn die Technologie für die Datenvermittlung an die Cloud heißt 
NarrowBand IoT (NB-IoT) von T-Mobile: „Wenn ich mit einem Kombi-Hammer mehrere Stunden am Tag auf
einer Baustelle bohre, entstehen schnell einmal 500 Megabyte an Sensordaten. Das ist zu viel für NB-IoT,
deswegen verarbeitet unser Microcontroller die Daten lokal und nur die gewonnenen Informationen werden
in die Cloud geschickt“, erklärt der Co-Founder.

Die Funktechnologie 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. Da NB-IoT das bestehende
Telekommunikationsnetz nutzt, bietet es Zuverlässigkeit und optimale Abdeckung. Davon ist auch Manafi
überzeugt: „NB-IoT spielt eine grundlegend wichtige Rolle. Dadurch, weil es so energiesparend und
kostengünstig ist, wird es überhaupt erst möglich, dass wir energie- und kostenkritische Maschinen
miteinander vernetzen. Das war mit bisherigen Lösungen schwer umsetzbar. NB-IoT ist ein Enabler, um einen Mehrwert zu schaffen.“

Die Konzeptidee entstand während eines Uniforschungsprojektes an der Technischen Universität (TU) Wien
und schon ein Jahr später überzeugt das Startup auf ganzer Linie: Am 09. November dieses Jahres gewann
ToolSense in der Kategorie „Internet of Things“ den futurezone Award 2017, powered by T-Mobile. Eine Jury
aus externen Experten und Vertretern der futurezone-Redaktion zeichneten dafür die besten Produkte und
innovativsten Ideen des Jahres aus.

Von Anfang an konnte das Jungunternehmen beachtliche Erfolge vorweisen: Dazu gehören eine
Seed-Finanzierung im mittleren sechsstelligen Bereich sowie nachhaltige Unterstützung von Markus
Langes-Swarovskis SEGNALITA Ventures GmbH und dem Schweizer Startup-Investor Martin Global AG.
Außerdem wurde ToolSense als einziges österreichisches Startup in das neugegründete WARP NB-IoT
Programm der Deutschen Telekom und hub:raum Krakau aufgenommen. Das Accelerator-Programm bringt
Startups, B2B-Partner und Kunden zusammen, um NB-IoT-Anwendungen und -Lösungen von Anfang an
gemeinsam zu entwickeln. „Das Feedback von Experten war vor allem in den Bereichen NarrowBand,
Strategie und Business sehr wertvoll und hilfreich für uns“, erinnert sich Manafi. „Aktuell sieht die
Zusammenarbeit so aus, dass wir im regelmäßigen Austausch stehen. T-Mobile Austria spielt insofern eine
wichtige Rolle für uns, weil sie uns einerseits natürlich das Netz zur Verfügung stellen und andererseits ein
strategischer Partner mit wichtigen Kontakten zu Unternehmen und viel Know-how sind.“ 

T-Mobile ist in Österreich der erste Betreiber, der Narrowband IoT kommerziell ausrollt. Die
niederösterreichische Landeshauptstadt St. Pölten wird ab Mitte November die erste österreichische Stadt
sein, die komplett mit NB-IoT versorgt ist. Der landesweite Rollout von NB-IoT wird von T-Mobile bis Herbst
2018 abgeschlossen sein.

Das Internet of Things eröffnet Tür und Tor für neue Ideen. Auch NarrowBand IoT ist eine neue Technologie,
die aktuell ausgerollt wird. Gemeinsam mit der Startup-Szene lassen sich erstaunliche und spannende
Projekte verwirklichen, wie z.B. die Revolutionierung der Baubranche.

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.

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

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.

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.