Die bisherigen Standards 2G, 3G und 4G ermöglichen zwar bereits heute einige Use Cases. Doch sie sind nicht für all die vielfältigen Herausforderungen ausgelegt, vor denen Unternehmen heute stehen, die ihre Geschäftsmodelle mit Hilfe der Digitalisierung vorantreiben wollen. Deshalb haben Industrie, Forschung und Netzbetreiber den Mobilfunk weiterentwickelt und in den vergangenen Jahren neue, speziell für das Internet der Dinge optimierte Standards geschaffen: NB-IoT, LTE-M und 5G.

5G ist nicht einfach nur der Nachfolger von 4G. Das Mobilfunknetz der 5. Generation, das Betreiber und Netzausrüster derzeit weltweit aufbauen, wird künftig für jede Anwendung immer die passende Übertragungstechnologie zur Verfügung stellen. Dazu zählen auch NB-IoT und LTE-M, zwei neue Standards, die somit zukunftssicher sind. Sie stehen außerdem bereits heute zur Verfügung, um die schnell wachsende Zahl von IoT-Geräten zu vernetzen.

Setzen Unternehmen auf den Mobilfunk als Übertragungsweg, sind Sensoren und Geräte weder auf ein Firmennetzwerk wie etwa WLAN angewiesen, noch stehen hohe Kosten für Installationen wie etwa Kabelverbindungen an. Die Wahl der jeweils passenden Funktechnologie lässt sich auf eine Frage herunterbrechen: Wie viele Daten muss der Nutzer wie häufig versenden?

WENIGE DATEN, GERINGE FREQUENZ

Beispiel Energieverbrauchsmessung an einem Wärmezähler: Hier ist NarrowBand IoT (NB-IoT) die Technologie der Wahl. Der neue Mobilfunkstandard ist in seiner Funktionalität genau darauf reduziert, kleine Datenmengen in großen Zeitabständen zu versenden. Die vergleichsweise simpel aufgebauten NB-IoT-Module arbeiten daher so stromsparend, dass sie über Jahre mit einer handelsüblichen Batterie betrieben werden können. Das wiederum bedeutet: Das Funkmodul braucht keine externe Stromversorgung, die in Kellern – dem bevorzugten Einsatzbereich vieler Energiezähler – oft nicht vorhanden ist.

Im Keller ist zudem der normale Mobilfunkempfang eingeschränkt. Auch dieses Problem löst NB-IoT, denn dank ihrer geringen Bandbreite funkt die Technologie zuverlässig auch durch dicke Kellerwände hindurch. Dritter Pluspunkt: NB-IoT-Module lassen sich kostengünstig produzieren. So bleiben die Gesamtkosten eines Vernetzungsszenarios – seien es Smart Meter in Gebäuden oder Parkplätze und intelligente Straßenlaternen in einer Smart City – überschaubar.

VIELE DATEN, NIEDRIGE FREQUENZ

Beispiel Güterverfolgung während des Transports: Über GPS-Tracking lassen sich Waren auf einer Palette durch ganz Europa verfolgen. Die entsprechenden Module können verschiedene Sensoren enthalten: Ein Schocksensor registriert zum Beispiel, ob die Palette vom Gabelstapler gefallen ist. Ein Temperatursensor misst, ob die Ware auf dem Lieferweg den optimalen Temperaturbereich verlassen hat. Auch wenn diese gesammelten Informationen nur einmal am Tag ans Logistikunternehmen gefunkt werden, kommt dennoch ein gewisses Datenvolumen zusammen. Hier kommt LTE-M (das M steht für machine-type communications) zum Einsatz. Der neue Standard bietet genügend Bandbreite für mittlere Datenmengen, aber auch eine kostengünstige Hardware für den Masseneinsatz und ausreichend Batterielaufzeit für lange Transportwege. Außerdem ist LTE-M dank Roaming bereits heute über Ländergrenzen hinweg nutzbar und bietet deshalb die vor allem für im Bereich Logistik die so wichtige volle Mobilität.

WENIGE DATEN, HOHE FREQUENZ

Beispiel Wearables: Das sind nicht nur Fitnessarmbänder, die die sportliche Leistung dokumentieren, sondern zunehmend auch Armbänder und Smartwatches mit SIM-Karte für den E-Health-Einsatz. Sie senden in regelmäßigen Abständen Vitalwerte wie Blutdruck und Pulsfrequenz in die Cloud, die sich vom Arzt zur Analyse abrufen lassen. Ein Fall für LTE-M, das außerdem das Überwachen von Patienten in Räumen mit schwachem Mobilfunkempfang ermöglicht. Im Gegensatz zu NB-IoT bietet LTE-M auch eine SMS-Funktion, um beispielsweise eine Alarmnachricht abzusetzen.

VIELE DATEN, HOHE FREQUENZ

Beispiel vernetztes Fahren: Das ist in vielen Fällen auch schon mit LTE bzw. 4G möglich. Die SIM-Karte im Auto ermöglicht Infotainmentdienste und ist für alle Mitfahrer der WLAN-Hotspot, über den sie im Internet surfen. Selbst die Information über ein Stauende auf der Autobahn oder die Position von Baustellenanhängern erreicht via LTE schnell genug herannahende Autos. Anders sieht es beim Platooning aus: Hier fahren vernetzte Lkw sehr dicht hintereinander, um durch den Windschatten Kraftstoff zu sparen. Muss jedoch das vorderste Fahrzeug scharf bremsen, müssen alle Lkw in der Kolonne zeitgleich reagieren, um Auffahrunfälle zu vermeiden. Eine solch kurze Verzögerung wird nur mit 5G möglich, dem Mobilfunknetz der fünften Generation. Er bietet eine Latenz von unter einer Millisekunde und damit eine Reaktion fast in Echtzeit.

5G macht auch Virtual und Augmented Reality erst zu einem verzögerungsfreien Erlebnis. Die enormen Bandbreiten des 5G-Funks ermöglichen zudem Szenarien wie ruckelfreie Videokonferenzen im ICE oder hochauflösendes Videostreaming von einer großen Anzahl Überwachungskameras. Latenz und Geschwindigkeit sind darüber hinaus für viele Szenarien in der Industrie 4.0 relevant, etwa in der Smart Factory. Und: Da 5G mehr als eine Million vernetzte Geräte pro Quadratkilometer gleichzeitig versorgen kann, werden Netzausfälle bei Großveranstaltungen zukünftig nicht mehr vorkommen.

Diese in vier Szenarien unterteilten exemplarischen Use Cases zeigen, dass mit 4G, 5G, LTE-M und NB-IoT vier zukunftsfähige Mobilfunktechnologien existieren, die eine Vielzahl von Anwendungsfällen im Internet der Dinge ermöglichen.

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