Das Internet of Things vernetzt viele funkende Geräte miteinander, die sowohl untereinander als auch mit dem Internet im ständigen Kontakt stehen und sich austauschen. Zukünftig werden sich alle Möglichkeiten der IoT-Applikationen zunehmend in Wirtschaft und Gesellschaft etablieren. Smart Factory, Smart Home und Smart City sind hier die bekanntesten Begrifflichkeiten, aber auch die Paketverfolgung, die Parkplatzsuche oder die Standortanzeige eines Haustiers zählen zu den Tätigkeitsbereichen. Die herkömmlichen Kommunikationswege über WLAN, Mobilfunk oder Bluetooth eignen sich für IoT-Anwendungen aus unterschiedlichsten Gründen nur bedingt. Neben einer hohen Datenrate spielen hier vor allem ein niedriger Energieverbrauch und eine sehr große Reichweite eine entscheidende Rolle.
IoT-Applikationen: Stand der Technik
Die Kommunikation im Internet of Things (IoT) wurde in den vergangenen Jahren und Monaten vor allem über das Standardmobilfunktnetz abgewickelt. Die ausschlaggebendsten Ursachen für einen Wandel in Sachen Funkstandard sind vor allem die Standortabhängigkeit des Empfangs, der erhöhte Energieverbrauch durch ständige Stromnetzanbindung oder Batteriebetrieb, sowie der Kosten-Nutzen-Vergleich von Mobilfunknetzen. Abhilfe sollen in Zukunft sogenannte Low Power Wide Area Netzwerke (LPWA) schaffen. Diese verfolgen die geforderten Ziele: niedrige Kosten, abnehmender Ressourcenverbrauch und hohe Reichweite ebenso wie eine sichere und stabile Verbindung.
LPWA-CB Funktechnik
Ein möglicher Lösungsvorschlag für die Nachteile bisheriger Funktechnologien heißt LPWA Funktechnik. LPWA-Netze bestehen aus kommunizierenden IoT-Geräten und Gateways. Diese Art der Vernetzung unterscheidet sich durch zweifache Verschlüsselung wesentlich vom herkömmlichen Internet. Dies erhöht die Sicherheit des Gesamtsystems, indem Außenstehende keinen Zugriff haben und die Anwendungen innerhalb des Funknetzes physisch und logisch voneinander getrennt sind. Auch werden bei diesen Netzen nicht unbedingt IP-Protokolle verwendet. Entwickelt vom europäischen Forschungsinstitut Leti schafft es LPWA-CB flexibel zu funken und soll vor allem in der Umgebung von 5G-Netzen zum Einsatz kommen. Oberstes Ziel der neuartigen Technologie ist es, die Physical Layer so zu verändern, dass die Leistungsübertragungsbilanz optimal ausgeschöpft werden kann. Dies soll auf einem möglichst nutzbringenden Niveau stattfinden. Realisiert werden kann das energieeffizientere Arbeiten mittels „Turbo Frequency-Shift Keying“ (TFSK) und „Channel Bonding“. Neben erhöhter Flexibilität und geringeren Stromverbrauch bringt das Verfahren auch eine Leistungssteigerung hinsichtlich Reichweite und Datenrate mit sich. Ein weiterer erheblicher Vorteil von LPWA-CB ist die gute Anpassungsfähigkeit an verschiedene Entwicklungs- und Umgebungsbedingungen. Das Verfahren ist in der Lage sich selbstständig durch die Verwendung verschiedenartiger Wellenformen entsprechend bestimmter Vorgaben zu gestalten. Je nach Übertragungsbedingungen kann die Technologie auf verschiedene Verfahren des Multiplexing zur Aufgabenerfüllung zurückgreifen. Die Methode des SC-FDM nutzt man, um hohe Datenraten unter einem geringen Stromverbrauch über relativ kurze Entfernungen zu übertragen. Im Falle von komplizierteren Übertragungs- und Umgebungsbedingungen kommt die beständige Methode OFDM zum Einsatz. Sollen eine hohe Reichweite und gleichzeitige Effizienz und Robustheit realisiert werden wird die bereits erwähnte Methode TFSK angewendet.
LPWA Standards für IoT-Applikationen
Im Bereich der neuartigen Funktechnologien haben sich vordergründig zwei wesentliche Verfahren des LPWA Funkstandards durchgesetzt. Die Methoden LoRaWAN und NB-IoT sind indessen weit am Markt verbreitet und werden sich in Zukunft weiter etablieren. Long Range Wide Area Network arbeitet auf der Ebene der Funktechnik LoRa und dem dazugehörigen Netzwerkprotokoll. Das Übertragungsprotokoll LoRaWAN ist frei verfügbar, die entsprechenden Chips werden momentan allerdings nur von wenigen Herstellern produziert. Erreicht werden können Datenraten von bis zu 50 kbit/s. Im Vergleich zum aktuellen WLAN Standard sind nicht nur die geringeren Datenraten, sondern auch ein hoher organisatorischer Aufwand nachteilig. Verwendet wird LoRaWAN aus diesen Gründen vor allem in der Sensortechnik.
Quellenangaben:
https://www.oeffentliche-it.de/-/funkende-dinge
https://www.schmidiger.ch/blog/funktechnologien-im-internet-of-things
