Unser Mobilfunknetz im Kontext von IoT Anwendungen
Häufig setzen wir bei unseren IoT Projekten das Mobilfunknetz als Internet-Zugangspunkt ein. Hohe Datenübertragungsraten, Zuverlässigkeit und Standortflexibilität in der Nutzung sind nur einige der nennenswerten Vorteile. Hier eine Übersicht zu den aktuell Verfügbaren Technologien.
Inhaltsverzeichnis
der LTE / LTE+ Standard
Ein paar Eckdaten der aktuellen Technologie (4G/LTE):
- LTE ist die Abkürzung für Long Term Evolution und war bis zur Einführung von 5G der neueste Standard
- LTE bekam durch LTE+ (bzw. LTE Advanced) eine Erweiterung, die höhere Datenraten ermöglichte – erste Endgeräte waren 2014 in Deutschland erhältlich
- Bis zu 1200 MBit/s Downstream (LTE Cat 18) - theoretischer Wert
- 19 verschiedene Frequenzbänder weltweit im Einsatz
- in Deutschland ist das LTE Band 3 mit 1800 MHz weit verbreitet
- LTE Band 7 mit 2600 MHz findet häufig Anwendung in Städten, da mit dieser Frequenz keine allzu große Reichweite erzielt werden kann
- LTE ist die vierte Generation, deswegen oft auch 4G genannt
- UMTS/HSPA+ sind dem 3G Netz zuzuordnen
- UMTS steht für Universal Mobile Telecommunications System und wurde in Deutschland bereits im Jahr 2021 deaktiviert
der 5G Standard
Seit 2019 wird der Mobilfunkstandard der fünften Generation 5G eingeführt, der LTE in Punkto Datenraten, Latenz und Device-Adressierung überlegen ist:
- Datenraten bis zu 100 MBit/s (reale Bedingungen) / theoretisch bis 20 GBit/s
- Geringere Latenzzeiten (< 1ms, theoretischer Wert)
- 5G Frequenzspektrum wird in zwei Bereiche unterteilt: FR1, FR2
- FR1 – Frequenzen zwischen 600 MHz und 6 GHz
- FR2-1 – Frequenzen zwischen 24 GHz und 40 GHz
- FR2-2 – für zukünftige Erweiterung vorgesehen (60 ... 80 GHz)
- FR2 arbeitet mit Millimeterwellen, welche zwar hohe Datenraten übertragen können, die maximale Reichweite nimmt jedoch bei höheren Frequenzen ab
- Aus diesem Grund müssen Funkmasten jedoch dichter zueinander gebaut werden als bei LTE
Kleinere Datenraten für Low-Power Anwendungen
Für Smartphone und Tablets ist meistens eine hohe Datenrate wichtig. Diese geht jedoch mit zunehmendem Energieverbrauch einher:
- hohe Datenraten = hoher Energieverbrauch
- niedrige Datenraten = niedriger Energieverbrauch
Während man ein Smartphone oder Tablet einfach aufladen kann (sofern eine Stromversorgung zur Verfügung steht), hat man im IoT Bereich häufig die Anforderung Anwendungen zu designen, die möglichst wenig Energie verbrauchen. Diese können dann komfortabel mit einer Batterie versorgt werden, die erst nach Jahren ausgetauscht werden muss.
Dies geht dann natürlich zu Lasten der verfügbaren Datenraten, hier muss mit geringer Bandbreite gearbeitet werden. Dies wird vom Mobilfunknetz aber ebenso unterstützt und unter dem Standard NB-IoT (Narrowband IoT) bzw. LTE-M geführt.
der NB-IoT Standard
NB-IoT wird der LPWAN Klassifizierung zugeordnet. LPWAN steht für Low Power Wide Area Network und meint damit die kabellose Datenübertragung mit sehr niedrigem Stromverbrauch.
- nutzt LTE Frequenzen von 450 MHz bis 2200 MHz
- Downlink (peak): 26 kBit/s (LTE Cat NB 1) – 127 kBit/s (LTE Cat NB2)
- Uplink (peak): 17 kBit/s single tone, 66 kBit/s multi tone (LTE Cat NB1) – 159 kBit/s (LTE Cat NB2)
- Latenz: 1.6 ... 10 Sekunden
- Frequenzbänder sind nach Geographie verfügbar: B1/B2/B3/B4/B5/B8/B12/B13/B17/B18/B19/B20/B26/B28/B66/B70/B85
- in Europa: B3 (1800 MHz) / B8 (900 MHz) / B20 (800 MHz)
- in Nordamerika: B4 (1700 MHz), B12 (700 MHz), B66 (1700 MHz), B71 (600 MHz), B26 (850 MHz)
- in Lateinamerika: B2 (1900 MHz), B3 (1800 MHz), B5 (850 MHz) and B28 (700 MHz)
- in Asien: B1 (2100 MHz), B3 (1800 MHz), B5 (850 MHz), B8 (900 MHz), B18 (850 MHz), B20 (800 MHz), B26 (850 MHz), B28 (700 MHz)
- Afrika südlich der Sahara: B3 (1800 MHz), B8 (900 MHz)
- MENA Region: B8 (900 MHz), B20 (800 MHz)
Wir verwenden für unsere IoT Projekte neben lokal verfügbarem LAN auch LTE / 5G und NB-IoT – je nach Projekt, Anforderung und benötigter Datenrate.
In diesem Zusammenhang haben wir schon mehrere Projekte realisiert, darunter z.B. Betriebsdatenerfassung von Maschinen in der Cloud, Fernwartung über LTE und die Erweiterung von SPS Steuerungen mittels LTE zur Nutzung von IoT Anwendungen.
Möchtet ihr mit eurem IoT Projekt starten und seid euch bei der konkreten Umsetzung jedoch etwas unsicher? Sprecht uns an , wir stehen euch mit Rat und Tat zur Seite.
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