Definition

Was ist NarrowBand IoT?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Bei NarrowBand IoT handelt es sich um einen Funkstandard, der speziell für das Internet der Dinge (IoT, Internet of Things) vorgesehen ist. Er setzt auf vorhandene Mobilfunknetze auf und ermöglicht die Vernetzung von Geräten und Maschinen bei hoher Funkabdeckung und geringem Energiebedarf.

NarrowBand IoT, abgekürzt NB-IoT, ist ein Funkstandard, der dafür vorgesehen ist, Geräte im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) zu vernetzen. Er ermöglicht die schmalbandige Datenübertragung und bietet eine gute Netzabdeckung.

NB-IoT basiert auf den bestehenden Mobilfunknetzen, benötigt aber auf Endgeräteseite wesentlich weniger Energie als herkömmliche Mobilfunkgeräte wie Smartphones oder Handys. So können vernetzte IoT-Geräte schon mit kleinen Batterien problemlos über lange Zeiträume kommunizieren.

Im Gegensatz zum normalen Mobilfunknetz ist die Funkversorgung bei NB-IoT auch an schwer zugänglichen Orten wie in Kellerräumen gegeben. Es handelt sich bei NarrowBand IoT um eine LPWA-Technologie (Low Power Wide Area). Eine weitere Bezeichnung für NB-IoT ist LTE Cat NB1. Spezifiziert ist der Standard vom 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Er lässt sich von Netzbetreibern für die verschiedenen Anwendungen des Internets der Dinge in bestehende Mobilfunknetze integrieren und ist parallel zu den üblichen Mobilfunkstandards zusätzlich verfügbar.

Gegenüber GSM, UMTS oder LTE bietet sich der Vorteil, dass das NarrowBand IoT dank der guten Gebäudedurchdringung auch dort nutzbar ist, wo die Reichweite und Qualität der 2G-, 3G- oder 4G-Mobilfunksignale zu niedrig ist. NarrowBand IoT ist für Anwendungen konzipiert, bei denen herkömmliche Netzwerktechnologien wie WLAN, DSL, Bluetooth oder Mobilfunk nicht verfügbar, nicht praktikabel oder unrentabel sind. Die Mobilfunkprovider können NB-IoT in ihrem lizenzierten Frequenzspektrum der LTE-Netze oder standalone in einem dedizierten Funkspektrum betreiben.

Die Anforderungen an NarrowBand IoT

Bei der Entwicklung und Standardisierung von NarrowBand IoT standen von allem die Anforderungen des Internets der Dinge und der Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) im Mittelpunkt. Diese Anforderungen sind:

  • geringer Energieverbrauch der Endgeräte und Betrieb mit Batterien oder Akkus über lange Zeiträume
  • geringe Kosten für die benötigten Kommunikationskomponenten
  • erweiterte Reichweite der Mobilfunktechnik und gute Netzabdeckung in Gebäuden und Kellerräumen
  • Möglichkeit der einfachen und kostengünstigen Implementierung in die bestehende Infrastruktur der Mobilfunknetze
  • hohe Zuverlässigkeit der Technik und Datenübertragung
  • hohe Sicherheit der übertragenen Daten

Technische Umsetzung von NarrowBand IoT

Die Spezifikationen von NB-IoT verbessern die Reichweiten und Signalpegel des Mobilfunknetzes. Gleichzeitig reduziert sich die Komplexität des Funkmoduls und die maximalen Übertragungsraten in Sende- und Empfangsrichtung sind begrenzt. So erreicht das NB-IoT in seiner Leistungsübertragungsbilanz zusätzliche 20dB und eine um den Faktor zehn bessere Netzabdeckung.

Aufgrund der begrenzten Datenraten sind nur schmalbandige Anwendungen möglich. Die maximalen Download- und Uploaddatenraten liegen bei 250 Kilobit pro Sekunde. Die Kanäle sind jeweils nur 180 Kilohertz breit. Dank dieser schmalen Kanalbreiten kann NarrowBand IoT sowohl inband auf regulären LTE-Trägern als auch outband beispielsweise im Guard-Band (Abstandslücke zwischen den Funkbändern) betrieben werden.

Kommen LTE-Bänder wie der 900-MHz- und 800-MHz-Bereich zum Einsatz, ergibt sich eine noch bessere Gebäudedurchdringung, da die langwelligeren Funksignale niedrigerer Frequenz Gegenstände und Hindernisse besser durchdringen als beispielsweise LTE-Signale in den Frequenzbändern 1.800 MHz oder 2.600 MHz. Die Reichweitenerhöhung von NarrowBand IoT wird unter anderem durch eine robustere Modulationstechnik erreicht.

Anwendungen von NarrowBand IoT im Smart Metering

Eine wichtige Anwendung von NB-IoT ist die Messdatenerfassung (Smart Metering). Vor allem für Gas-, Strom- und Wasserzähler ist die Technik gut einsetzbar. Die Zähler befinden sich häufig in Kellerräumen oder an schwer zugänglichen Stellen. Zudem besitzen Gas- und Wasserzähler keinen eigenen Stromanschluss.

NB-IoT ermöglicht es den Zählern, aufgrund der guten Netzabdeckung und Gebäudedurchdringung ihre Verbrauchsdaten in regelmäßigen Abständen per Funktechnik an einen zentralen Server des Versorgers oder Netzbetreibers zu übertragen. Es handelt sich um kleine Datenmengen, die keine breitbandigen Netze erfordern. Für die Gas- und Wasserzähler ergibt sich der Vorteil, dass die Funkmodule per Batteriebetrieb über viele Jahre betreibbar sind und keine externe Stromversorgung notwendig ist. Smart Metering macht das manuelle Ablesen und Übermitteln von Zählerständen überflüssig und ermöglicht Einblicke in die Verbrauchscharakteristika der Haushalte.

Weitere Anwendungsbereiche von NarrowBand IoT

Weitere Anwendungen von NB-IoT sind in folgenden Bereichen zu finden:

  • Smart City (intelligente Stadt)
  • Smart Building (intelligente Gebäude)
  • Transport und Logistik
  • Produktion und Industrie
  • Landwirtschaft
  • Sicherheitstechnik
  • Lokalisation von Gegenständen
  • Lokalisation von Personen oder Tieren

In einer intelligent vernetzten Stadt lässt sich NarrowBand IoT einsetzen, um beispielsweise die Straßenbeleuchtung zu steuern. Mit entsprechenden Funkmodulen ausgestattete Straßenlampen lassen sich aus der Ferne einschalten, ausschalten oder dimmen. Gleichzeitig sind sie in der Lage, Defekte an eine zentrale Stelle zu melden. Vernetzte Mülltonnen informieren Abfallentsorgungsunternehmen über ihren Füllstand und Messstellen informieren über die Luftqualität und Verschmutzung in bestimmten Bereiche. Viele weitere Anwendungen mit NarrowBand IoT sind in einer Smart City möglich.

Auch im Transport- und Logistikwesen ist die Technik sinnvoll einsetzbar. Container können ihren Standort in regelmäßigen Abständen melden, Güterwaggons lassen sich tracken und Füllstände oder Temperaturen von Tankfahrzeugen übermitteln. In Lagerhallen können Waren auf Paletten, die mit NB-IoT-Modulen ausgestattet sind, verfolgt werden.

Die Land- und Forstwirtschaft profitiert von der guten Netzabdeckung des NarrowBand IoT. Gerade in ländlichen Bereichen und Wäldern ist die Versorgung mit herkömmlicher Mobilfunktechnik oft nicht in ausreichendem Maße gegeben. Zudem ist keine externe Stromversorgung verfügbar. Nutztiere lassen sich überwachen, die Temperatur, Windrichtung oder die Rauchentwicklung in Wäldern messen und Füllstände von Bewässerungstanks übermitteln. Weitere Anwendungen in der Land- und Forstwirtschaft sind das Erfassen ungewöhnlicher Bewegungen von Tieren, das Messen von Feuchtigkeit und Temperatur der Böden oder das Erfassen von Regenmengen. NB-IoT eignet sich sehr gut für die Lokalisierung und das Tracking von Gegenständen, Personen und Tieren.

Im Smart Building (intelligentes Gebäude) ergibt sich ebenfalls ein großes Anwendungsspektrum der NB-IoT-Technologie. In den Gebäuden installierte Sensoren informieren über Zustände oder Probleme der Gebäudetechnik wie Beleuchtungen, Heizungen, Lüftungen oder Sicherungsanlagen. Sensoren, die mit einem Überwachungssystem verbunden sind, arbeiten autark, sind klein und unauffällig und lassen sich an vielen Stellen im Gebäude installieren. Da sie die Informationen direkt an eine entfernte Zentrale übermitteln und kaum zu lokalisieren sind, sind sie von Eindringlingen nur schwer zu deaktivieren.

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