Internet of Things (Teil #2 ) - Wireless-Datenübertragungstechnologien

Die Kommunikation erfolgt üblicherweise über Geräte oder Gateways. Die gängigste Lösung ist die Gateway-Kommunikation. Kommuniziert wird häufig über mehrere Schnittstellen. Es gibt eine große Auswahl an Technologien für die Wireless-Kommunikation. Weitere wichtige Parameter, die zur Auswahl stehen, sind die Bandbreite, die Datenübertragungsgeschwindigkeit, die Verarbeitungsanforderungen, der Energieverbrauch und die Sicherheit.

Heute finden im Bereich der Wireless-Technologie vor allem folgende Standards Anwendung:

1. GSM (Telemetrie, SMART City, Fernsteuerung, Sammlung von Daten in durchschnittlichem Umfang)
2. LTE (Telemetrie, SMART City, Fernsteuerung, Sammlung von Daten in größerem Umfang)
3. Bluetooth (Gebäudeautomatisierung - SMART Home)
4. WiFi (Gebäudeautomatisierung – SMART Home)
5. Lora / LoRaWAN (Telemetrie, Energiezähler, Sensordatenübertragung, SMART City)
6. SigFox (Telemetrie, Energiezähler, Sensordatenübertragung)
   

2G (GSM und GPRS) / 3G

Die GSM-Technologie wird als Wireless-Telefonietechnologie der zweiten Generation bezeichnet. In Kurzform 2G (zweite Generation). Sie ist digital und dient zur Übertragung von Sprachdaten und SMS. Die Technologie greift zur Datenübertragung auf ein Frequenzband mit 900 MHz und 1800 MHz zurück. Eine Art Erweiterung des 2G-Netzwerks ist die GPRS-Technologie, die auch als 2.5 bezeichnet wird, da sie die Möglichkeit zur Datenübertragung auf Grundlage von IP- und WAP-Protokollen bietet. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist allerdings relativ langsam (etwa 20kbps). 3G ist die 3. Generation im Bereich der mobilen Technologien. Die Aufgabe ist die Übertragung von Stimmdaten und Nachrichten (E-Mails, Mitteilungen). Mobile 3G-Technologien arbeiten im 2.1 GHz Hochfrequenzband und ermöglichen die Nutzung weiterer Dienste wie schneller Übertragungen mithilfe von 3G HSDPA (High Speed Download PACKET Access), deren Maximum theoretisch bei 14,4 Mbit / s liegt.

Vorteile: Hohe Abdeckung, große Anzahl an Betreibern, geringe Datenübertragungskosten, kostenfreier Roaming-Datentransfer innerhalb EU, zuverlässige Technologie
Nachteile:Hoher Energieverbrauch, langsame Übertragungsgeschwindigkeit, anspruchsvollere Kommunikation mit Modulen
Hersteller: Quectel

4G (LTE)

Die bis dato neueste Technologie für mobile Netzwerke. Hierbei handelt es sich um die 4. Generation im Bereich der mobilen Technologien, die ebenfalls als LTE (Long Term Evolution) bezeichnet wird. Sie ist auf High-Speed-Internet in mobilen Netzwerken ausgelegt. Die Technologie ist bis zu zehnmal schneller als 2G- und 3G-Netzwerke. Das Frequenzband in Europa liegt zwischen 700 und 2600 Mhz bei Übertragungsgeschwindigkeiten von 70 bis 250 Mbps.

Vorteile:ohe Übertragungsgeschwindigkeit, schnelle Einrichtung und Implementierung des Netzwerks, kostenfreier Roaming-Datentransfer innerhalb EU, zuverlässige Technologie, zukunftsfähiges Frequenzband
Nachteile: Hoher Energieverbrauch, bislang hoher Modulpreis
Hersteller: Quectel

Bluetooth

Die Bluetooth-Technologie ist für die Wireless-Kommunikation mehrerer elektronischer Geräte auf kurze Entfernung ausgelegt. Diese Technologie wird seit 1994 weiterentwickelt und wird derzeit in Form von Version 4. 2 verwendet. Sie arbeitet in einem Frequenzband von 2.402 GHz bis 2.483 GHz. Diese Version ermöglicht den Zugriff mit Smart Devices auf das Internet, ohne dass zusätzliches Equipment erforderlich wäre. Die höchste Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei 24 Mbps. Anfang 2017 wurde die Bluetooth Version 5 veröffentlicht, die eine um das mehrfache höher liegende Übertragungsgeschwindigkeit und -reichweite aufweist.

Vorteile: Geringerer Verbrauch, Möglichkeit zur direkten Kommunikation mit Smartphones, fortschrittliche Technologie
Nachteile: Kurze Reichweite, kostenpflichtige Lizenz, Nutzung des überlasteten Frequenzbands mit 2.4 GHz, Inkompatibilität von Versionen
Hersteller: Fujitsu, Rayson

WiFi

Bei der WiFi Technology (Wireless Fidelity) handelt es sich um eine Drahtlos-Technologie, die für Übertragungen in WLANs Funkwellen nutzt. Für Übertragungen mit einer Geschwindigkeit von bis 150 Mbps wird eine Bandbreite von 2.4 und 5 GHz verwendet. Gegenwärtig ist die WiFi-Technologie die gängigste Technologie für drahtlose Datenübertragungen. Das Grundelement des Netzwerks ist ein sogenannter Zugangspunkt oder Hotspot, der ein Signal aussendet, das der Computer erkennen und verarbeiten kann.

Vorteile: Hohe Übertragungsgeschwindigkeit, fortschrittliche Technologie, hohe Sicherheit
Nachteile: hoher Energieverbrauch, Punkt-zu-Punkt-Topologie
Hersteller: Lantronix, Wiznet, Espressif

Bei den WiFi- und Bluetooth (Local Area Network)-Technologien handelt es sich um sehr fortschrittliche Protokolle, die am häufigsten bei der Kommunikation mit Personal Devices zum Einsatz kommen. Bei 2G / 3G / 4G (Cellular Network) handelt es sich um mobile Technologien, die bei einer Vielzahl von Zugangsgeräten, die mit Strom versorgt werden müssen, für einen hohen Durchsatz geeignet sind.

Im folgenden IoT-Artikel werden die Technologien LoRa, LoRaWAN, SigFox und NB-IoT thematisiert.