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

17.05.2021 by Daniel Kunz
Messstelle zur Überwachung des Grundwasserspiegels und der Wasserqualität an einem Baggersee.

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 60 Prozent wird unser Trinkwasser 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.

IoT spart Kosten und verkürzt die Reaktionszeit

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.

Grundwasserkontrolle: Ein Praxisbeispiel aus den Niederlanden

Die ständige Überwachung des Pegels und der Qualität des Grundwassers ist wichtig, um Bauflächen, Industrien, Menschen und das Trinkwasser zu schützen. Die regelmäßige Kontrolle erfolgt oft durch Arbeitskräfte vor Ort, die Daten an Messstellen manuell auslesen müssen. Die niederländischen Messexperten von Munisense bieten Wassermanagement aus der Ferne und in Echtzeit an – mit kabellosen Wasserstandsloggern und Qualitätsmessgeräten. Für die kabellose Datenübertragung hat der Mobilfunkanbieter T-Mobile Netherlands die Geräte via NarrowBand IoT mit der Online-Plattform von Munisense verbunden. Das NB-IoT-Kommunikationsprotokoll sorgt hier mit guter Gebäudedurchdringung für eine zuverlässige Übertragung von Grundwassermessstellen, die per Funk ansonsten nur schwer erreichbar sind. Und dank ihrer energiesparenden Eigenschaften können NB-IoT-Module mit handelsüblichen Batterien monate- oder sogar jahrelang wartungsfrei arbeiten.

IoT-Anwendungen haben spezielle Anforderungen

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 selten die 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 also 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 Mobilfunk von 2G bis LTE 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 LPWA-Technologien (Low Power Wide Area) zur Datenübertragung von IoT-Geräten auf den Plan.

Schwierige Suche nach der passenden Technologie

Wie ihr Name es ausdrückt, erfüllen LPWA-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 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.

Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT: Funktrio im Direktvergleich

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?
Säulendiagramm mit Datenraten von Sigfox, LoRaWAN und NB-IoT im Vergleich

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.

Ist es das Ziel, ...

  • ... an einem Unternehmensstandort mit unzureichender Mobilfunkabdeckung eine größere Zahl an IoT-Geräten sicher zu vernetzen,
  • ohne dass Daten den Firmencampus verlassen,
  • und halten sich Datenmenge und Anzahl der Nachrichten in Grenzen,

dann bietet sich LoRaWAN als lokales IoT-Netzwerk an.

In allen anderen Fällen, also ...

  • ... wenn es um eine landesweite, gute Netzabdeckung geht
  • und Sicherheit, Datendurchsatz, Reichweite und Übertragungsqualität hoch
  • sowie Energieverbrauch und Kosten niedrig sein sollen,

dann ist NarrowBand IoT das Funkprotokoll der Wahl für eine zuverlässige Konnektivität von IoT-Geräten – aktuell und vor allem in der Zukunft.


Laden Sie den Faktencheck NB-IoT, Sigfox, LoRaWAN hier kostenlos herunter:
 


 

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Daniel Kunz
Daniel Kunz

Expert Digital Marketing

Digitalisierung und das Internet of Things gehören zu den Lieblingsthemen von Daniel Kunz. Er ist seit 2017 bei der Deutschen Telekom und schreibt regelmäßig über Technologie-Trends und viele spannende Themen vor allem für den Handel und die Logistik-Branche.