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07.10.2021     Lena Wostal

Immer mehr Unternehmen und sogar Städte optimieren ihre Prozesse mit dem Internet of Things (IoT). Ein wesentliches Element im Projekt ist die Auswahl der geeigneten Funktechnologie. Da stößt man schnell auf NB-IoT, LoRaWAN und Sigfox. Wir zeigen Ihnen die jeweiligen Stärken im direkten Vergleich anhand von Fragen unserer Kunden.

Services mit IoT halten im Alltagsleben Einzug

Feinstaubmessung, Überwachung des Straßenzustandes oder Abfallmanagement in Gemeinden, Luftgütemessung in Büros, öffentlichen Gebäuden oder Schulen, Lokalisierung von unternehmenseigenen Fahrzeugen und Geräten – all diese Prozesse haben einen gemeinsamen Hintergrund, um smart und effizient abzulaufen: das IoT (Internet of Things).

Dabei kommunizieren Maschinen, Anlagen, Behälter, Fahrzeuge oder Produkte. Ihre Sensoren erfassen Daten, z.B. die Luftqualität, die Fahrbahntemperatur, wie voll eine Mülltonne ist oder wo gerade ein Bagger fährt; diese Daten werden in eine Zentrale übertragen und dort automatisch ausgewertet. Je nach Anwendungsfall kann Alarm geschlagen werden, etwa wenn die Feinstaubbelastung einen Grenzwert übersteigt; ebenso kann eine Fahrzeugflotte effizient gesteuert werden, etwa bei der Müllabfuhr, wenn Glastonnen voll sind und entleert werden müssen.

Jede Anwendung hat ihre Anforderungen

Eine wesentliche Rolle spielt bei IoT-Lösungen die Datenübertragung. Verschiedene Einsatzgebiete haben dabei unterschiedliche Anforderungen, wie beispielsweise:

  • Hohe Verfügbarkeit und sichere Datenübermittlung, wenn Fuhrparks in Echtzeit gesteuert werden.
  • Signal über große Entfernungen übertragbar, etwa wenn Frachtcontainer unterwegs geortet werden sollen.
  • Signal soll Betonwände durchdringen können, wenn Werte von Messgeräten in Kellern abgelesen werden.
  • Geringe Kosten für Beschaffung und Inbetriebnahme, aufgrund der benötigten großen Anzahl an Sensoren, z.B. bei smarten Mülltonnen.
  • Geringer Energiebedarf für lange Lebenszeit der Batterien in den Sensoren bei Massenanwendungen wie Smart Parking.

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Drei IoT Technologien im Vergleich

Für die Datenübertragung bei IoT-Anwendungen wurden spezielle Funknetze entwickelt. LPWA (Low Power Wide Area) bedeutet, dass Daten energieeffizient über weite Strecken übertragen werden können; sie sind kostengünstig und damit für die Massenanwendung, geeignet. In den vergangenen Jahren haben sich drei LPWA-Netztechnologien am Markt etabliert.

LoRaWAN und SigFox sind proprietäre, von Einzelunternehmen entwickelte Technologien. NB-IoT und LTE-M sind ein offener, globaler, LTE-basierter 5G-Industriestandard; dieser wird von Netzbetreibern, Telekommunikationsnetzausrüstern, sowie Geräte- und Chipherstellern unterstützt.

Exkurs

Bei LoRaWAN sind drei Betriebsmodi mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen möglich:

  1. Öffentliches Netz eines Anbieters, mit dem ein Nutzungsvertrag besteht (keine Anfangsinvestition, aber dafür laufende Betriebskosten und Qualitätseinbußen);
  2. lokales privates Netzwerk (eigenständige Kontrolle, aber Kosten für Beschaffung und Betrieb);
  3. öffentliches Community-Netzwerk (geringe Kosten, aber Qualitätseinbußen durch viele Nutzer und Sicherheitsrisiken).

Kriterien zur Auswahl zwischen NB-IoT, LoRaWAN, Sigfox

Für Unternehmen oder die öffentliche Hand ist es in der Regel schwer ersichtlich, welche Funknetztechnologie für ihren Anwendungsfall am besten geeignet ist. Magenta Business hat viel Erfahrung mit IoT-Projekten, wir haben Ihnen daher anhand von klassischen Fragen unserer Kunden einen Vergleich zusammengestellt.

Die ersten Fragen drehen sich um die Bewertung der Übertragungsqualität der drei LPWA-Technologien, hier sollten die Faktoren Zuverlässigkeit, Durchsatz, Datenrate und Reichweite berücksichtigt werden. Weitere Kriterien sind Abdeckung, Energieeffizienz, Sicherheit, Kosten und Zukunftsfähigkeit.

Wie wahrscheinlich ist es, dass Verbindungsaufbau und Datenübertragung erfolgreich sind?

Hier geht es um die Zuverlässigkeit und die ist ein wichtiger Faktor. NB-IoT nutzt das lizenzierte (reservierte) LTE-Frequenzband und kann damit eine bestimmte Qualität garantieren; dagegen müssen LoRaWAN oder Sigfox frei zugängliche Frequenzbänder nutzen, das erhöht die Gefahr von Interferenzen, bei zu viel Datenverkehr sinkt die Übertragungsqualität.

Wie viele Daten können in einem gegebenen Zeitraum übermittelt werden?

Der Durchsatz wird bei Sigfox auf 12 Byte pro Zyklus begrenzt, längere Nachrichten müssen in mehreren Paketen gesendet werden, mehrmaliges Senden braucht allerdings mehr Energie. Egal ob Upload, Download, Datenvolumen pro Tag oder pro Nachricht – in allen Kategorien hat NB-IoT die besten Werte, gefolgt von LoRaWAN.

Wie weit können Nachrichten übertragen werden?

Im Fall von weit verstreuten Behältern oder Fahrzeugen ist die Reichweite eine wichtige Frage. Rauschen und Interferenzen im frei zugänglichen Frequenzband reduzieren die Reichweite; hier punktet NB-IoT sowohl im städtischen Bereich als auch bei der Gebäudedurchdringung mit Hilfe der Abdeckungsverbesserung. An zweiter Stelle liegt Sigfox.

Kann ich die Technologie überall einsetzen?

Die Netzabdeckung ist der entscheidende Faktor, um Anwendungen landesweit bzw. international zu betreiben. Mehr als 100 Mobilfunkbetreiber in 54 Ländern (Stand Ende 2020) betreiben NB-IoT Netze; dagegen fehlen bei den proprietären Technologien die Roaming Optionen (LoRaWAN) oder die internationale Abdeckung in Innenräumen aufgrund zu weniger Basisstationen (Sigfox).

Wie energieeffizient ist die Datenübertragung, damit die Batterien lange halten?

Die Energieeffizienz ist im Betrieb wichtig, um Austausch- und Wartungskosten zu minimieren. Unter effizienten Bedingungen können Sensoren bis zu 10 Jahre lang Daten senden. Sigfox und LoRaWAN stoßen bei größeren Datenpaketen und schlechten Übertragungsbedingungen an ihre Grenzen: Mehr Datenpakete, weil sie aufgrund der Größe aufgeteilt oder bei Übertragungsverlusten öfter gesendet werden müssen, heißt mehr Energieverbrauch. NB-IoT ist die Technologie der Wahl, wenn geringer Energieverbrauch erforderlich ist – das haben Studien ergeben, und zwar nicht nur unter Laborbedingungen, sondern im Praxistest.

Wie sicher ist das System vor Hackerangriffen geschützt?

Dem Thema Sicherheit wird bei IoT-Anwendungen leider oft zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet, mit der Verbreitung der Lösungen sollte dies jedoch schon in der Entwicklungsphase mitbedacht werden. Hacker können einerseits sensible Daten wie Messwerte von Zählern stehlen, andererseits Systeme lahmlegen – dann würde etwa das Tracking von Fahrzeugen in Echtzeit nicht mehr funktionieren.

Bei LoRaWAN hängt die Sicherheit von der eingesetzten Version ab; Sigfox ist anfällig für Angriffe, das haben Simulationen ergeben. NB-IoT bietet bereits jetzt mit der integrierten SIM-Karte Schutz vor Manipulation, weil sie ein Sicherheitselement enthält, dass in den meisten Fällen nicht zu entschlüsseln ist. Es ist jedoch davon auszugehen, dass mit zunehmender Reife des Marktes die Sicherheitsmechanismen aller drei LPWA-Technologien kontinuierlich verbessert werden.

Was kostet mich das?

Bei Massenanwendungen sind schon kleine Unterschiede bei den Kosten von Bedeutung, denn sie haben einen großen Multiplikationsfaktor. Für die Kalkulation sind zwei Bereiche zu unterscheiden: Die Investitionskosten sind bei Sigfox und LoRaWAN geringer, die Nutzungsgebühren sind bei NB-IoT günstiger. Für längerfristige Projekte, wie es die meisten IoT-Anwendungen sind, werden daher ziemlich wahrscheinlich die TCO (Total Cost of Ownership) von NB-IoT günstiger sein. In manchen Fällen könnte ein lokales privates LoRaWAN-Netzwerk die bessere Alternative sein.

Wie zukunftssicher ist die Investition?

Märkte verändern sich schnell, Zukunftsfähigkeit ist daher bei Technologieentscheidungen gefragt. Derzeit haben Sigfox und LoRaWAN bereits etabliertere Technologien, weil sie früher in den Markt gestartet sind; NB-IoT punktet als offener Industriestandard mit freier Wahl von Produkten, hat aber in manchen Punkten aufzuholen, etwa in Bezug auf eine Entwickler-Community. Letztendlich ist die Wahl zwischen proprietär und offen auch eine individuelle Präferenz.

Fazit: NB-IoT hat zentrale Vorteile gegenüber LoRaWAN und Sigfox

Im direkten Vergleich schneidet bei den meisten Kriterien NB-IoT am besten ab. Wer ein IoT-Projekt startet, muss jedenfalls zuerst die für das Projekt wichtigen Faktoren identifizieren. Die meisten Kunden in den Projekten von Magenta Business nennen Netzabdeckung und Übertragungsqualität als ihre wichtigsten Kriterien.

Sind die Anforderungen bekannt, kann gemeinsam mit beratenden Experten die Auswahl der Netztechnologie getroffen werden, wie folgende Beispiele zeigen: An einem Standort mit unzureichender Mobilfunkabdeckung und wo nur geringe Datenmengen übertragen werden müssen, ist LoRaWAN als lokales privates IoT-Netz geeignet. Wenn eine internationale Abdeckung sowie ein geringer Energieverbrauch gebraucht werden, ist NB-IoT das beste Netz. Auch bei Übertragungsqualität ist NB-IoT erste Wahl.

SD-WAN Checkliste

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