Das Internet der Dinge (IoT) ist ein ausgedehntes Netz miteinander verbundener Geräte, Fahrzeuge und Haushaltsgeräte, die mit Software, Sensoren und Netzwerkverbindungen ausgestattet sind, wodurch diese Objekte Daten sammeln und austauschen können. Eine zentrale Rolle bei der Verwirklichung des IoT spielt die Konnektivität, das Rückgrat, das für eine gute Kommunikation zwischen diesen Geräten und der digitalen Welt sorgt. Aber woraus besteht sie? Sehen wir uns die Details an: von energieeffizienten Low Power Wide Area Networks (LPWAN) bis hin zu 5G mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Latenz und darüber hinaus.

Der Bedarf an Konnektivität im IoT

Die 5G-Netzkonnektivität ist für die Funktion von IoT-Geräten unerlässlich. Die Geräte müssen Daten zur Verarbeitung an ein zentrales System oder eine Cloud senden. Außerdem müssen sie auf der Grundlage dieser Daten Anweisungen erhalten. Ein Fitness-Tracker sammelt zum Beispiel Informationen über die Schritte und die Herzfrequenz einer Person. Er sendet diese Informationen an eine App auf einem Smartphone, wo der Benutzer seine Gesundheitsstatistiken einsehen kann. Wenn der Fitness-Tracker keine Verbindung zum Internet herstellen kann, kann er diese Informationen nicht weitergeben, wodurch das Gerät weniger nützlich wird.

Der Bedarf an Konnektivität kann jedoch zu Herausforderungen führen. IoT-Geräte werden oft an abgelegenen Orten oder in Gebieten mit begrenzter Netzabdeckung betrieben. In diesen Fällen muss eine geeignete Konnektivitätsoption gewählt werden, um zu gewährleisten, dass Daten effektiv übertragen werden können.

Insgesamt ist es für den effektiven Betrieb von IoT-Geräten entscheidend, eine zuverlässige Konnektivität zu gewährleisten und gleichzeitig die Sicherheit zu wahren. Da die Zahl der vernetzten Geräte weiter zunimmt, müssen sowohl Konnektivitätslösungen als auch Sicherheitsmaßnahmen, wie z. B. VPNswird eine wichtige Rolle für den Erfolg von IoT-Anwendungen spielen.

Stromsparende Weitverkehrsnetze (LPWAN)

LPWAN-Technologien wurden speziell für IoT-Geräte entwickelt, die eine lange Akkulaufzeit, eine umfassende Abdeckung und eine minimale Datenübertragung erfordern. Diese Netzwerke eignen sich hervorragend für Anwendungen wie Smart Metering, Asset Tracking und Umweltüberwachung:

• Wesentliche Merkmale: Geringer Stromverbrauch, große Reichweite, niedrige Datenrate und Kosteneffizienz.

• Beispiele für LPWAN-Technologien: LoRaWAN, Sigfox und Narrowband IoT (NB-IoT).

• LoRaWAN: Verwendet Spreizspektrummodulation für robuste Kommunikation und ist damit ideal für Umgebungen mit Störungen.

• Sigfox: Extrem niedriger Stromverbrauch und große Reichweite, geeignet für statische Geräte mit seltener Datenübertragung.

• NB-IoT: Baut auf Mobilfunknetzen auf und bietet im Vergleich zu anderen LPWAN-Technologien eine größere Reichweite und eine bessere Durchdringung.

LPWAN bietet erhebliche Vorteile, darunter niedrige Kosten und eine lange Batterielebensdauer. Viele LPWAN-Geräte können jahrelang mit einer einzigen Batterie betrieben werden, was sie zu einer wirtschaftlichen Wahl für einen weit verbreiteten Einsatz macht.

Mobilfunknetze: 2G, 3G, 4G und 5G

Vor dem Aufkommen von LPWAN waren Mobilfunknetze die erste Wahl für IoT-Konnektivität. 2G-, 3G-, 4G- und 5G-Netzwerke sind verschiedene Generationen der Mobilfunktechnologie, die jeweils verbesserte Datengeschwindigkeiten und -funktionen bieten.

2G war das erste Mobilfunknetz, das die Datenübertragung unterstützte, aber seine Geschwindigkeiten waren langsam. Daher war es für einfache IoT-Anwendungen geeignet, wie z. B. Ortungsgeräte, die nur kleine Datenmengen senden müssen. Einige Fahrzeugverfolgungssysteme nutzen beispielsweise 2G, um Standortinformationen an einen zentralen Server zu senden.

3G brachte schnellere Datengeschwindigkeiten, die fortschrittlichere Anwendungen ermöglichen. So können beispielsweise ferngesteuerte Sicherheitskameras Videodaten über 3G-Verbindungen übertragen. Mit dem wachsenden IoT-Bedarf wurden jedoch die Grenzen von 3G deutlich. Viele Geräte benötigen ständige Konnektivität und höhere Datenübertragungsraten.

4G Technologie erfüllte diese Anforderungen mit deutlich höheren Geschwindigkeiten und geringeren Latenzzeiten. Sie ermöglichte es den Geräten, große Datenmengen schnell zu übertragen. Intelligente Heimgeräte wie Sicherheitssysteme und vernetzte Geräte nutzen in der Regel 4G-Netze für zuverlässige Verbindungen. Da die Nachfrage nach IoT-Geräten jedoch weiter steigt, stößt 4G auch an seine Grenzen.

5G und seine Auswirkungen auf das IoT

Was ist 5G? 5G soll das Internet der Dinge (IoT) verändern, indem es die nötige Infrastruktur für eine Vielzahl von angeschlossenen Geräten bereitstellt.

• mMTC: Hilft bei der Verbindung einer großen Anzahl von Geräten, was für Anwendungen wie Smart Cities und industrielles IoT entscheidend ist.

• URLLC: Garantiert eine extrem niedrige Latenzzeit, die für kritische IoT-Anwendungen wie autonome Fahrzeuge und Fernoperationen unerlässlich ist.

• eMBB: Liefert hohe Datenraten und unterstützt Anwendungen, die eine große Datenübertragung erfordern, wie Augmented Reality und Virtual Reality.

5G ist die neueste Generation der Mobilfunktechnologie und hat das Potenzial, die IoT-Konnektivität zu verändern. Mit schnelleren Geschwindigkeiten, geringeren Latenzzeiten und der Möglichkeit, mehr Geräte gleichzeitig zu verbinden, ist das 5G-Internet darauf ausgelegt, die Anforderungen des wachsenden IoT-Ökosystems zu erfüllen.

Vergleichende Analyse der IoT-Konnektivitätsoptionen

Bei der Auswahl einer Konnektivitätsoption für IoT-Geräte ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen. LPWAN ist ideal für Geräte mit geringem Stromverbrauch, die eine Kommunikation über große Entfernungen benötigen, während Mobilfunknetze für Anwendungen geeignet sind, die höhere Datengeschwindigkeiten und Echtzeitkommunikation erfordern.

LPWAN ist oft die beste Wahl für Anwendungen wie Landwirtschaft und Umweltüberwachung. Zum Beispiel können Sensoren, die in abgelegenen Feldern platziert sind, LPWAN nutzen, um Daten über die Bodenfeuchtigkeit an Landwirte zu übermitteln, ohne dass eine konstante Stromquelle benötigt wird. Auf der anderen Seite ist 5G eine bessere Option für Anwendungen, die eine schnelle Datenübertragung in Echtzeit erfordern, wie z. B. Augmented-Reality-Erlebnisse oder vernetzte Fahrzeuge.

Die Entscheidung, welche Konnektivitätsoption verwendet werden soll, hängt von Faktoren wie der zu übertragenden Datenmenge, dem Energiebedarf und der Entfernung zwischen den Geräten ab. Die Unternehmen müssen ihre Bedürfnisse sorgfältig prüfen und die geeignete Technologie auswählen.