NB-IoT, Sigfox, LoRaWAN: Trio mit vielen Fähigkeiten

Für IoT-Anwendungen stehen mittlerweile diverse Funktechnologien mit unterschiedlichen Fähigkeiten zur Verfügung. Aber welche Technologie ist die beste Lösung für mein IoT-Projekt? Eine knifflige Entscheidung für Unternehmen.

Trinkwasser gehört in Deutschland zu den am besten kontrollierten Lebensmitteln, sagen Umweltbundesamt und Stadtwerke unisono. Zu etwa zwei Dritteln wird unser Trinkwasser laut Branchenverband BDEW aus Grundwasser gewonnen. Auch dieses muss daher kontinuierlich überwacht werden. Zuständig sind die jeweiligen Bundesländer, in Nordrhein-Westfalen etwa das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz. Zusammen mit Wasserversorgern und anderen Unternehmen betreiben sie Tausende Messstellen im gesamten Bundesgebiet. Nicht nur die Wasserqualität wird überwacht, etwa auf Grenzwerte für Salzgehalt, gelöste Feststoffe oder Schadstoffe wie Nitrat und Pestizide. Auch Pegel und Druck müssen kontrolliert werden, etwa wenn der Grundwasserspiegel für den Tief-, Kanal- und Rohrleitungsbau abgesenkt wird.

Sind die entsprechenden Sensoren, Kabellichtlote und Messsonden über Mobilfunk und die Cloud vernetzt und somit Teil des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT), lassen sich Messwerte aus der Ferne ablesen und auswerten. Das erspart nicht nur turnusmäßige Kontrollfahrten, sondern ermöglicht auch Echtzeitalarme, wenn etwa kritische Pegel unter- oder überschritten werden. Der zuständige Techniker erhält dann automatisch eine Benachrichtigung auf seinen PC oder sein Mobilgerät und kann Maßnahmen einleiten.

Sollen IoT-Daten von Messstellen – oder in anderen Branchen zum Beispiel von Gaszählern, Paletten, Abfallbehältern, Containern und Windrädern – per Funk übertragen werden, stellt sich eine Frage: Welche Funktechnologie dient diesem IoT-Anwendungsfall am besten? Einfach ein LTE-Modul mit SIM-Karte einbauen ist in vielen Fällen nicht die effizienteste Lösung. Denn die hier verbauten IoT-Endgeräte wie Sensoren oder Tracker haben ein völlig anderes Anforderungsprofil als Smartphone und Laptop. Sie besitzen zum Beispiel weder Akku noch Stromkabel, sind bei einer Installation fern jeder Stromquelle daher auf Batterien angewiesen.

Energiesparsamkeit ist deshalb ein wichtiges Kriterium, damit die Geräte möglichst lange ohne Batterieaustausch funktionieren. Auch müssen entsprechende Funkmodule für einen massenhaften Roll-out in der Fabrik, der Smart City oder der Landwirtschaft kostengünstig sein. Gleichzeitig ist eine hohe Reichweite gefordert, zudem eine gute Gebäudedurchdringung – denn sie arbeiten oft in Umgebungen mit schlechten Empfangsbedingungen wie Keller oder Untergeschoss.

Funkmodule mit herkömmlichem LTE-Mobilfunk verbrauchen zu viel Energie, und anderen weitverbreiteten Standards von NFC über Bluetooth und WLAN bis zu RFID mangelt es an Reichweite. Deshalb traten vor einigen Jahren LPWAN-Technologien (Low Power Wide Area Networks) zur Datenübertragung von IoT-Geräten auf den Plan.

Wie ihr Name es ausdrückt, erfüllen LPWAN-Standards mit geringem Energieverbrauch und großer Reichweite die Anforderungen vieler IoT-Anwendungen. Aber welche Lösungen gibt es, was unterscheidet sie, wofür soll sich ein Unternehmen entscheiden? Angesichts dieser Fragestellungen ist es herausfordernd, die passende Technologie für ein IoT-Projekt zu finden. Drei der am weitesten verbreiteten Standards sind LoRaWAN, Sigfox und NarrowBand IoT. Die drei Technologien lassen sich überall dort einsetzen, wo vergleichsweise kleine Datenpakete wie etwa Füllstand, Position oder CO2-Gehalt nicht kontinuierlich, sondern in regelmäßigen Abständen – stündlich, täglich, wöchentlich – in die Cloud übertragen werden sollen. Und wo der Funk weite Strecken überbrücken oder durch Kellerwände und Kanalrohre hindurch muss. Außerdem sind die Standards auf Energiesparsamkeit ausgelegt, sodass sich entsprechende Funkmodule Monate oder Jahre wartungsfrei mit Batterien betreiben lassen.

Aber es gibt Unterschiede: LoRaWAN, Sigfox und NB-IoT unterscheiden sich in puncto Verbreitung und Verfügbarkeit, Standardisierung und Sicherheit, Effizienz und Effektivität sowie Kosten. Bisherige Veröffentlichungen zur Leistungsfähigkeit der Standards stützen sich meist auf theoretische Spezifikationen aus dem Standardisierungsprozess oder Messwerte aus Laborsituationen. Die Deutsche Telekom hat daher 2020 die drei Technologien einem aktuellen Messvergleich unter realen Bedingungen unterzogen. NB-IoT, Sigfox und LoRaWAN wurden in diesem Faktencheck auf folgende Kriterien geprüft:

• Übertragungsqualität
  Wie wahrscheinlich sind erfolgreicher Verbindungsaufbau und Datenübermittlung?
  Wie viele Daten lassen sich in einem bestimmten Zeitrahmen versenden?
  Wie schnell lassen sich Daten verschicken?
  Wie weit reicht das Signal unter bestimmten Voraussetzungen?
• Abdeckung
  Wie sieht es mit Verfügbarkeit und Roaming aus?
• Energieeffizienz
  Wie hoch ist der Stromverbrauch unter bestimmten Bedingungen?
• Sicherheit
  Wie sind Sicherheitsmechanismen integriert, wo sind Schwachstellen?
• Kosten
  Wie hoch sind die Nutzungsgebühren und Kosten für Infrastruktur und Wartung?
• Zukunftsfähigkeit
  Sind die Technologien langfristig nutzbar?

Fazit des Faktenchecks: Sigfox zeigt vor allem in puncto Sicherheit, Abdeckung, Reichweite und Energieeffizienz deutliche Schwächen. Auch ein öffentlich betriebenes LoRaWAN-Netz kann bei Gesamtkosten, Netzabdeckung und Übertragungsqualität nicht überzeugen.

Den ausführlichen Faktencheck NB-IoT, Sigfox, LoRaWAN gibt’s hier kostenlos als Download: