Die 5 größten Missverständnisse rund um NB-IoT

Zwischenlösung ist irreführend und daher der falsche Begriff, Vorstufe trifft es eher. Bereits 2016 legte das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) die Kriterien für den neuen Funkstandard NarrowBand IoT vor. Das internationale Gremium ist zuständig für Mobilfunkstandards und reagierte mit den Spezifikationen für NB-IoT auf eine wachsende Nachfrage für die Industrie 4.0: Wie lassen sich für die Digitalisierung der Industrie zukünftig Millionen Maschinen und Geräte schnell und kostengünstig miteinander vernetzen und ins Internet der Dinge (Internet of Things / IoT) einbinden, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln?

So stand bereits drei Jahre vor der Einführung von 5G eine Funktechnologie zur Verfügung, die für etliche Anwendungen im Industrial Internet of Things (IIoT) eine neue Lösung bietet (siehe Kasten). Nicht nur das: NB-IoT wird ein integraler Bestandteil des künftigen 5G-Netzes. Dieses soll drei Anforderungsprofile erfüllen:

• noch schnelleres mobiles Internet (enhanced Mobile Broadband / eMBB) für breitbandige Datenverbindungen,
• zuverlässige Vernetzung mit extrem kurzen Reaktionszeiten (Ultra-Reliable Low-Latency Communications / URLLC) etwa für Robotik oder autonomes Fahren sowie
• Vernetzung von Milliarden IoT-Geräten weltweit (massive Machine Type Communications / mMTC).

Und genau für letzteres Szenario wurde NB-IoT entwickelt. 5G ist nämlich nicht nur als neuer Mobilfunkstandard konzipiert, sondern als übergreifende Netzstruktur. Dieses Netz der Zukunft wird so intelligent sein, dass es jeder Anwendung automatisch die passende Verbindungstechnologie zur Verfügung stellt – sei es 3G-, 4G- oder 5G-Mobilfunk, Festnetz, WLAN, LTE-M oder eben NB-IoT.

Der Datendurchsatz bei NB-IoT – also die Rate der erfolgreich übertragenen Daten – kann einerseits durch äußere Faktoren begrenzt sein. Einschränkungen entstehen etwa durch die Batterie des Funkmoduls, die die notwendige Energie für die Übertragung der Informationen zur Verfügung stellen muss, das im Tarif enthaltene Datenvolumen oder auch bauliche Herausforderungen, die keine gute Verbindung zulassen. Andererseits ist die Bandbreite von NB-IoT auf 200 Kilohertz begrenzt, was lediglich Datenraten bis maximal 250 Kilobit pro Sekunde zulässt.

Aber – und das ist der springende Punkt: Diese Begrenzung der Bandbreite ist gewollt. Das Maschinen- und Sensorennetz NB-IoT wurde speziell für die Übertragung kleiner Datenpakete konzipiert. Wird zum Beispiel einmal pro Woche der Zählerstand eines Smart Meters abgefragt, entstehen nur minimale Datengrößen. Auch die Messdaten eines Sensors an einer Maschine müssen für eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) in der Produktion nicht kontinuierlich übertragen werden, sondern nur bei definierten Abweichungen. Die Beschränkung des Funktionsumfangs auf das Nötigste macht NB-IoT-Module deutlich energiesparender und zudem günstiger in der Herstellung als herkömmliche Mobilfunkmodule ­­– ein entscheidender Vorteil besonders für den Mittelstand.

Ein zweiter Vorteil der begrenzten Bandbreite: Die NB-IoT-Technologie kombiniert eine schmalbandiges, robustes Modulationsverfahren mit wiederholtem Senden der kleinen Datenpakete und erreicht so eine unschlagbar hohe Gebäudedurchdringung. Selbst aus Kellern heraus – dem bevorzugten Einsatzort von Energiezählern – erreicht die Technologie zuverlässige Verbindungen, wie ein groß angelegter Messtest von T-Systems und dem Immobiliendienstleister ista gezeigt hat.

Richtig ist: Die Geräte verfügen nicht über eine Wechsel-SIM wie ein Smartphone. SIM-Funktionen sind dennoch nötig, schließlich funkt NarrowBand IoT im lizenzierten LTE-Spektrum der Mobilfunkanbieter. Bei NB-IoT-Modulen ist die SIM fest ins Gerät integriert: als auf der Platine verlötete eSIM (embedded Subscriber Identity Module). Die Deutsche Telekom bietet Unternehmen mit der nuSIM ab Frühjahr 2020 eine Weiterentwicklung speziell für NB-IoT-Anwendungen an. Bei der nuSIM sind die SIM-Funktionen direkt im Modem-Chip integriert. Außerdem verzichtet sie auf Funktionen wie SMS und Sprache. Das macht sie stromsparender und kostengünstiger im Vergleich zur eSIM.

Dieses Vorurteil rührt daher, dass NB-IoT kein Handover unterstützt. Für Smartphones ist dieses unterbrechungsfreie Wechseln von Funkzelle zu Funkzelle unerlässlich – für viele IoT-Geräte aber nicht nötig. Ein Trackingmodul an einem Container beispielsweise muss seine Position während der Fahrt nicht durchgehend funken, kann sich daher ohne Datenverlust nach dem Verlassen einer Funkzelle einfach in der nächsten wieder einwählen. Selbst Roaming ist mittlerweile möglich: Das NB-IoT-Netz der Telekom etwa erlaubt eine mobile Nutzung über Ländergrenzen hinweg in Deutschland, Österreich, Ungarn, Tschechien, der Slowakei und den Niederlanden; weitere Länder werden folgen.

NB-IoT bietet selbstverständlich einen zuverlässigen Downlink-Kanal für Firmware-Updates over the air (FOTA). Somit sind etwa wichtige Sicherheitsupdates – genau wie bei einem Smartphone – möglich, und zwar schritt- und gruppenweise. Geräte im Ruhemodus werden gleich nach dem „Aufwachen“ aktualisiert.

Fazit: Die vermeintlichen Schwächen von NarrowBand IoT entpuppen sich bei näherem Betrachten als notwendige Fokussierung aufs Wesentliche, um genau die Vorteile herauszukitzeln, für die der Funkstandard entwickelt wurde.