Vernetzte Sensoren sind die Nervenbahnen im Internet der Dinge. Wenn Sensoren drahtlos vernetzt werden, kommt Funktechnik zum Einsatz. Welche Kriterien entscheiden über die Art und Installation des Funknetzwerks.
Das Wesen des Internet of Things (IoT) und insbes. des Industrial Internet of Things (IIoT) besteht ganz wesentlich aus der Datenkommunikation zwischen Sensoren und Aktoren. Um Sensoren zu verbinden, gibt es den klassischen Weg über Kabel, die sog. „Feldbusse“. Das ist in Industriebetrieben oder in störanfälligen Umgebungen sinnvoll. Funktechniken bieten sich an, wo die Sensoren schwer erreichbar sind oder wenn die Anlagen über größere Distanzen verbunden sein sollen.
Ob sog. „Low Power Wide Area Networks“ (LPWAN), klassischer Mobilfunk (4G oder 5G) oder eigene Gebäudenetze: Das Funktechnikangebot ist vielfältig. Es kommt also darauf an, für welchen Anwendungsfall die jeweilige Funktechnik eingesetzt werden soll.
Welche kabellose Verbindungs- und Übertragungstechnik zum Einsatz kommt, ist jedoch von weiteren Kriterien abhängig. Denn jedes System hat spezifische Vor- und Nachteile.
1. Daten
Ausgehend vom gewählten Anwendungsfall ist zu ermitteln, wie viele Daten wie schnell und wie oft zu übertragen sind. Denn das tägliche Funktionssignal eines Brandmelders stellt weit geringere Anforderungen an eine Verbindung als das kontinuierliche Monitoring von Produktionsanlagen oder medizinischen Geräten. Um möglichst schnell reagieren zu können, spielen niedrige Latenzzeiten eine entscheidende Rolle. Ebenso wichtig kann die Notwendigkeit einer bi-direktionalen Verbindung sein, um neben Gerätedaten auch Logfiles oder Software-Updates zu übertragen.
2. Reichweite
Wenn es um die maximale Entfernung zwischen Sender und Empfänger geht, weisen die bereitstehenden Funkprotokolle große Unterschiede auf. Die nötige Reichweite hängt maßgeblich vom Einsatzzweck ab. Befinden sich viele Sensoren in überschaubarer Entfernung (z.B. in einer Fabrik oder Lagerhalle), sind Mesh-Netzwerke zweckmäßig. Soll ein gesamter Industriepark abgedeckt werden, sind reichweitenstarke LPWAN-Netze ratsam.
3. Einsatzort
Eng mit dem Aspekt Reichweite verbunden ist der Stand- bzw. Einsatzort der IoT-Geräte. Befinden sich die Devices abgeschirmten Räumen (z.B. Kellern oder Garagen), ist ein Übertragungsstandard mit hoher Gebäudedurchdringung notwendig, wie Narrowband-IoT (NB-IoT). Sind die Sensoren mobil (z.B. bei der Überwachung eines Fuhrparks), erfordert dies eine zuverlässige Wireless-Technik mit hoher Netzabdeckung, wofür sich der klassische Mobilfunk anbietet.
4. Energieverbrauch
IoT-Geräte und Sensoren müssen oft ohne feste Stromversorgung auskommen. Viele sind batteriebetrieben, mobil oder an schwer zugänglichen Orten im Einsatz. Damit sie lange Zeit ohne Batteriewechsel funktionieren, ist es wichtig, dass das Funkprotokoll möglichst energiesparend arbeitet. Genau das leisten speziell für IoT-Szenarien optimierte LPWAN-Techniken wie NB-IoT, LoRaWAN und Sigfox oder Mioty. Sie bieten geringen Energieverbrauch und große Reichweiten, verlangen jedoch Kompromissbereitschaft bei den Bandbreiten. Bei Anwendungsfällen mit geringen Datenmengen (z.B. bei Temperatur-, Druck- oder Frequenzsensoren in smarten Stromzählern) fällt dies jedoch kaum ins Gewicht.
5. Verfügbarkeit
Die beste Funktechnik ist nutzlos, wenn sie nicht stabil verfügbar und skalierbar ist. Insofern ist zu klären, wie es um die Netzabdeckung im Einsatzbereich und um die Marktreife der einzelnen Funktechniken bestellt ist. 5G und NB-IoT befinden sich noch im Aufbau und auch LoRaWAN ist nicht überall flächendeckend verfügbar und scheidet somit für bestimmte Anwendungsszenarien aus. Manche Frequenzbänder stehen nur in bestimmten Regionen der Welt zur Verfügung, während sich andere über Kontinente hinweg lizenzfrei nutzen lassen. Bei international ausgerichteten Anwendungsfällen (z.B. beim Container-Tracking) ist außerdem zu berücksichtigen, dass einige Funkstandards in bestimmten Ländern nicht freigegeben sind.
6. Zukunftssicherheit
Die Wahl der Übertragungstechnik muss mit Weitblick getroffen werden: Wie wahrscheinlich ist es, dass der Anbieter in fünf oder zehn Jahren noch existiert? Was passiert, wenn der Betreiber ältere Netze zugunsten der nächsten Mobilfunkgeneration abschaltet? Ist die bevorzugte Funktechnik in der Lage, mit neuen Gerätegenerationen, Anwendungsfällen und Geschäftsmodellen mitzuwachsen? Für Zukunftssicherheit sprechen Techniken mit offenem Standard, hohem Verbreitungsgrad und großem Ökosystem. Denn das führt im Regelfall zu einer langfristigen Verfügbarkeit von Hardware, Software und Support.
7. Sicherheit
Die kabellose Datenübertragung birgt höhere Sicherheitsrisiken als die drahtgebundene Datenkommunikation. Unternehmen müssen bei der Wahl der Funktechnik also ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheitsmechanismen legen. Wesentliche sicherheitsrelevante Aspekte sind das eingesetzte Verschlüsselungsverfahren, die Authentisierungsoptionen sowie die angebotenen Integritätsmechanismen zum Schutz vor Datenmanipulation.
8. Kosten
Letztlich gilt es, die Gesamtkosten der unterschiedlichen Funktechniken genau zu untersuchen und zu vergleichen. Dazu gehören neben den Anschaffungs- und Installationskosten für die Hardware-Infrastruktur auch die laufenden Betriebskosten inklusive der Wartung. Ein beachtlicher Posten entfällt auf die Netznutzungsgebühren, welche – je nach eingesetzter Funktechnik – sehr große Unterschiede aufweisen können.
02.02.2022
