Internet of Things (Teil #3 ) - Wireless-Datenübertragungstechnologien

LoRa

LoRa ist eine sehr zuverlässige Wireless-Technologie, die dazu dient, kleine Datenmengen über große Entfernungen zu übertragen. Das Grundelement dieser Technologie ist die "Spread Spectrum"-Modulation (Frequenzspreizung), welche LoRa Störfestigkeit gibt. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist die Zwei-Wege-Kommunikation und der besonders geringe Energieverbrauch. Über das Basisgerät (Basis) können in kurzer Zeit große Bereich abgedeckt werden. Die Übertragungsreichweite hängt von den Hindernissen in dem Gebiet wie z. B. der Besiedlung des Gebietes oder der Landschaft ab. Zur Datenübertragung wird in Europa das Frequenzband mit 868 MHz genutzt.

Vorteile: geringer Energieverbrauch, große Reichweite, hohe Störfestigkeit
Nachteile: geringe Übertragungsgeschwindigkeit
Hersteller: IMST, HopeRF

LoRaWAN

LoRaWAN gibt das „Low Power Wide Area Network (LPWAN)-Kommunikationsprotokoll und die Netzwerkarchitektur für das IoT-System vor. Die Technologie liefert das Device-Gateway-Server-System für die Kommunikation. Das Gateway kommuniziert mit dem Server über eine Standard-IP-Verbindung und das Endgerät nutzt die Single-Hop-Wireless-Kommunikation mit einem Gateway. Die Endgerätekommunikation erfolgt üblicherweise bidirektional. Aufgrund der längeren Batterielebensdauer wird vor allem eine Sternarchitektur verwendet. Eine längere Haltbarkeit von Batterie und Endgerät sowie die Maximierung der insgesamten Netzwerkkapazität wird über einen Netzwerk-Server sichergestellt, der den Datentransfer und einen HF-Kanal via „Adaptive Data Rate“-System (ADR) für jedes Endgerät gesondert verwaltet. Das Frequenzband mit 868 MHz wird für Übertragungen genutzt und die Datengeschwindigkeit liegt in einem Bereich zwischen 0,25 kb / s und 50 kb / s. Da die Datensicherheit ebenfalls wichtig ist, werden mehrere Datenverschlüsselungen angewandt - Netzwerk- und Anwendungssicherheit sowie Gerätesicherheit. Endpunkten sind eindeutige 64-bit-Kennungen und zwei 128-bit-Keys zugewiesen, die über AES verschlüsselt sind.

Vorteile: Geringer Verbrauch, große Reichweite, weltweiter Standard, vorhandene öffentliche Betreiber
Nachteile: Zahlung an Betreiber für Datenübertragung, komplizierte Parametereinstellungen
Hersteller: IMST

SigFox

SigFox ist eine Technologie für die drahtlose Übertragung kleiner Datenmengen. IoT-Geräte könne über relativ große Entfernungen miteinander kommunizieren (bis zu 50 km auf offener Fläche und 10 km auf bebauten Flächen). Die Datenübertragung gestaltet sich zuverlässig und sicher. Die Verschlüsselung wird mithilfe einer AES128- und 16-bit-Authentifizierung auf Anwendungsebene implementiert. IoT-Geräte, die auf diese Technologie zurückgreifen, zeichnen sich typischerweise durch einen geringen Energieverbrauch aus, sodass die Batterie mehr als 10 Jahre lang halten kann. Sigfox hat eine überaus große Störfestigkeit. Für die Datenübertragung wird bei Geschwindigkeiten von 100 bps das Frequenzband mit 868 MHz genutzt. Das Signal wird von dem Gerät ausgesandt und alle Basisstationen im Umkreis können das Signal empfangen, entschlüsseln und daraufhin an den Server weiterleiten. Die Daten werden anschließend an die Anwendung gesandt. Die Nachricht wird mithilfe eines eindeutigen privaten Keys, der dem Gerät zugeordnet ist, authentifiziert.

Vorteile: Geringer Stromverbrauch, große Reichweite, hohe Abdeckung, Roaming-Datentransfer ohne Extrakosten
Nachteile: Zahlung an Betreiber für Datenübertragung , Ein-Weg-Kommunikation
Hersteller: Radiocrafts

NB-IoT

NarrowBand IoT (NB-IoT, Schmalband-IoT) ist eine neue Technologie, die auf das LPWAN-Netzwerk zurückgreift. Hierdurch können eine Vielzahl von Geräten über bereits vorhandene Frequenzen miteinander verbunden werden. Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 250 kbps. Noch nicht in Betrieb Der Start ist für 2018-2019 geplant.

Vorteile: Geringer Verbrauch, Roaming-Datentransfer ohne Extrakosten, schnelles Networking
Nachteile: Neue Technologie
Hersteller: Quectel

Die besten Features zur Herstellung einer Verbindung sind Lora, LoraWan und Sigfox. Sie sind darauf ausgelegt, kleine Datenmengen in einer Vielzahl von Umgebungen über sehr große Entfernungen zu senden.

Demnächst wird eine neue Reihe mit Artikeln über die Industrie 4.0 erscheinen.