Vorhandenen GSM-Infrastrukturen sinnvoll nutzen Schlanke Alternative für weltweite IoT-Konnektivität

Das Internet der Dinge wächst, das Potenzial ist riesig, doch alles steht und fällt mit der Konnektivität. Derzeit gibt es verschiedene Ansätze von LPWA-Netzwerken (Low Power Wide Area) für das Internet der Dinge. Eine sinnvolle Nutzung der vorhandenen GSM-Infrastruktur liefert dabei IoT-Konnektivität ohne mobiles Internet und 5G.

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Frequenzen für lizenzierte IoT-Konnektivitätsdienste müssen Netzbetreiber zuvor beim Staat ersteigern. Bei nicht-lizenzierten IoT-Konnektivitätsdiensten ist dies nicht erforderlich. Die Betreiber müssen aber eigene Netze aufbauen oder auf die Infrastruktur der großen Carrier zurückgreifen, die auch auf nicht-lizenzierten Frequenzen funken. Ebenso können Unternehmen ihre eigene nicht-lizenzierte Infrastruktur aufbauen.

Zu den führenden lizenzierten LPWAN-Technologien zählen die zwei konkurrierenden Standards NB-IoT (Narrowband-IoT) und Cat-M1. Diese basieren auf dem LTE/4G-Mobilfunknetz, das jedoch nicht flächendeckend vorhanden ist. Zudem ist die grenzüberschreitende Interoperabilität bei der IoT-Konnektivität eingeschränkt.

Die großen Carrier forcieren zwischenzeitlich bereits den Ausbau des 5G-Netzes und verweisen dabei auf die strategische Bedeutung für das IoT. Vor 2020 bis 2022 ist jedoch nicht mit einer halbwegs flächendeckenden Verfügbarkeit in Deutschland zu rechnen. Zudem werden in gängigen industriellen IoT-Szenarien keine so großen Datenmengen übertragen, die derart große Bandbreiten erfordern.

Nicht-lizenzierte Technologien wie LoRaWAN, Sigfox, LoRa, Weightless, nWave und Ingenu sind ebenfalls verfügbar. Der kostenaufwändige Ausbau dieser proprietären Netze beschränkt sich aber überwiegend auf Ballungsgebiete. Nur in kleineren Ländern wie den Niederlanden und der Schweiz ist beispielsweise LoRaWAN nahezu flächendeckend verfügbar. In größeren Ländern wie Deutschland gibt es derzeit keinen nicht-lizenzierten flächendeckenden IoT-Konnektivitätsdienst, während die IoT-Konnektivität im lizenzierten mobilen Datennetz für viele Anwendungen schlicht zu teuer ist.

Wie viel Bandbreite ist nötig?

Zudem stellt sich generell die Frage, welche Datenmengen überhaupt transferiert werden müssen. Tatsächlich geht es im Internet der Dinge meist nur um kleine Datenpakete. Eine mobile Internetverbindung ist somit nicht unbedingt erforderlich und die Bandbreite von 5G dürfte in den meisten Fällen sogar völlig überdimensioniert sein.

Bei gängigen industriellen IoT-Anwendungen tauschen die Geräte überschaubare Datenmengen aus, die in einem einzigen IEEE-802.15.4-Datenpaket mit 127 Byte Platz finden. Abgesetzt werden die Daten zudem nicht permanent, sondern in zeitlichen Abständen, wie etwa alle 15 Minuten. Somit stellt sich die Frage, wieviel infrastruktureller Aufwand überhaupt nötig ist, damit kompakte Nachrichten von stationären und mobilen „Dingen“ in möglichst stabiler Servicequalität die IoT-Plattform erreichen.

Effizient-pragmatischer Ansatz statt teurer Netzausbau

Der Schweizer IoT-Konnektivitätsspezialist Thingstream verfolgt hier einen alternativen Ansatz: die Kommunikation mittels MQTT-SN über das USSD-Protokoll im globalen, nahezu flächendeckend verfügbaren GSM-Netz. USSD (Unstructured Supplementary Service Data) ist ein in jedem GSM-Netz enthaltenes Signalisierungsprotokoll und kann winzige Datenpakete mit maximal 160 Byte übertragen.

Die Übertragung erfolgt über global standardisierte SS7-Signalisierungskanäle. MQTT-SN (Message Queue Telemetry Transport for Sensor Networks) wiederum ist ein schlankes Publish-/Subscribe-Messaging-Protokoll für M2M-Telemetrie in Umgebungen mit geringer Bandbreite. Es verfügt über integrierte Servicequalität und wickelt, falls erforderlich, die erneute Übertragung ab. Dies gewährleistet die Zustellung der Nachricht, trotz temporärer Funklöcher, wie bei mobilen Logistikanwendungen.

Sicher und zuverlässig

Dieser Ansatz ermöglicht es, industriell genutzte Hardware sicher, zuverlässig und vor allem kostengünstig mit IoT-Plattformen zu verbinden. Mit einer End-to-End-Konnektivitätslösung, bestehend aus einem IoT-Modul, einem Companion-Baseboard sowie einer SIM-Karte, können Entwickler innerhalb kurzer Zeit IoT-Anwendungen aufbauen und testen. Prädestinierte Anwendungsbereiche sind Asset Tracking, Logistik, Supply Chain & Facility Management, Energieversorgung und Umweltüberwachung. Mobile batteriebetriebene IoT-Sensoren können zudem mittels Ein/Aus-Setup besonders energieeffizient betrieben werden, indem sie nur bei Bedarf kleine Datenmengen senden. Unternehmen bezahlen dann nur für die Daten, die tatsächlich übertragen werden, statt für „Always-on“-Konnektivität mit großer Bandbreite.

Neil Hamilton.

Fazit

Insgesamt punktet der Ansatz von Thingstream hinsichtlich Skalierbarkeit, Interoperabilität und Kosten im Vergleich zu bisherigen Mobilfunk- und Wireless-Optionen und als kostengünstige Alternative zu 5G. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt ist die Sicherheit. Da die IoT-Konnektivität hier ohne TCP/IP erfolgt, können Angriffsvektoren aus dem Internet von vornherein ausgeschlossen werden. Somit steht eine zuverlässige, effiziente und praxisnahe Konnektivitätslösung zur Verfügung, die für viele industrielle IoT-Anwendungen geeignet ist.

Über den Autor

Neil Hamilton ist VP Business Development bei Thingstream.

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