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Connectivity: Funktechnik für das Industrielles Internet der Dinge (IIoT)

Sicherheit, Kosten oder Reichweite: Sollen für das Industry Internet of Things (IIoT) Sensoren drahtlos vernetzt werden, dann kommt Funktechnik zum Einsatz. Doch dabei spielt nicht nur die Art der Funkverbindung eine Rolle. Wir zeigen, worauf noch zu achten ist.


Das Internet der Dinge (IoT) und im Speziellen das Industry Internet of Things (IIoT) lebt nicht nur von den Feldbussen, um Sensoren und Aktoren miteinander zu verbinden. Dabei sind es vor allem Sensoren, die im Internet der Dinge miteinander verbunden sind.

Zum Verbinden der Sensoren gibt es den klassischen Weg über Kabel, den sogenannten Feldbussen. Das ist in Industriebetrieben oder in Störanfälligen Umgebungen sinnvoll und vorzuziehen. Funktechniken bieten sich überall dort an, wo die Sensoren nur schwer zu erreichen sind oder wenn die Anlagen über größere Entfernungen verbunden sein sollen.

Alles eine Frage der Funktechnik

Welche kabellose Verbindungstechnik zum Einsatz kommt, ist von verschiedenen Kriterien abhängig. Genau diese Fragestellung sollten sich Unternehmer stellen, wenn sie die für sich passende IoT-Verbindung einsetzen. Denn alle Systeme haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.

Ob Low Power Wide Area Networks (LPWAN), klassischer Mobilfunk oder eigene Gebäudenetze: Das Angebot an Funktechniken auf den Markt ist vielfältig. Wichtig ist immer zu prüfen, für welchen Anwendungsfall die jeweilige Funktechnik eingesetzt werden soll. Zusammen mit ECS haben wir acht wichtige Punkte aufgeführt, die bei der Wahl der Funktechnik helfen können.

  • Daten: Ausgehend vom gewählten Use Case sollten Unternehmen sich fragen, wie viele Daten wie schnell und wie oft übertragen werden sollen. Denn das tägliche Lebenszeichen eines Brandmelders stellt ganz andere Anforderungen an eine Verbindung als das kontinuierliche Monitoring von Produktionsanlagen oder medizinischen Geräten hinsichtlich unterschiedlichster Parameter, wie Temperatur, Geräuschen oder Vibrationen. Um bei Problemen möglichst schnell reagieren zu können, spielen niedrige Latenzzeiten eine entscheidende Rolle. Ebenso wichtig kann der Bedarf einer bidirektionalen Verbindung sein, um neben einzelnen Gerätedaten auch Logfiles oder Software-Updates zu übertragen.

  • Reichweite: Die bereitstehenden Funkprotokolle variieren stark, wenn es um die maximale Entfernung zwischen Sender und Empfänger geht. Die nötige Reichweite hängt dabei entscheidend vom Einsatzzweck ab. Befinden sich viele Sensoren in überschaubarer Entfernung, etwa in einer Fabrik oder Lagerhalle, so kommen Mesh-Netzwerke in Frage. Soll eine Stadt oder ein Industriepark abgedeckt werden, eignen sich eher reichweitenstarke LPWAN-Netze.

  • Einsatzort: Eng mit dem Aspekt Reichweite verbunden ist der Stand- oder Einsatzort der IoT-Geräte. Befinden sich die Devices in Tiefgaragen oder Kellerräumen, so wird ein Übertragungsstandard mit hoher Gebäudedurchdringung benötigt, wie Narrowband-IoT (NB-IoT). Sind die Sensoren dagegen mobil, wie bei der Überwachung eines Fuhrparks, erfordert dies eine zuverlässige Wireless-Technik mit hoher Netzabdeckung. Hier bietet sich der klassische Mobilfunk an.

  • Energieverbrauch: IoT-Geräte und Sensoren müssen oft ohne feste Stromversorgung auskommen. Viele sind batteriebetrieben, mobil oder an schwer zugänglichen Orten im Einsatz. Damit sie mehrere Jahre ohne Batteriewechsel funktionieren, ist es daher umso wichtiger, dass das gewählte Funkprotokoll möglichst energiesparend arbeitet. Genau das leisten speziell für IoT-Szenarien optimierte LPWAN-Technik wie NB-IoT, LoRaWAN, Sigfox oder Mioty. Sie glänzen neben dem geringen Energieverbrauch auch mit hohen Reichweiten. Abstriche wurden dafür bei den Bandbreiten gemacht. Bei Szenarien mit kleinen Datenmengen fällt dies jedoch nicht ins Gewicht, wie etwa bei Daten eines Temperatur-, Druck- oder Frequenzsensors, bei smarten Stromzählern oder vernetzten Mülltonnen, die lediglich melden, wenn sie geleert werden müssen.

  • Verfügbarkeit: Die beste Funktechnik hilft nichts, wenn sie nicht stabil verfügbar und skalierbar ist. Daher gilt es zu klären, wie es mit der Netzabdeckung im geplanten Einsatzbereich aussieht und wie es um die Marktreife der einzelnen Funktechniken bestellt ist. 5G oder NB-IoT beispielsweise sind immer noch im Aufbau. Auch LoRaWAN ist nicht überall flächendeckend verfügbar und scheidet so bei Szenarien wie etwa dem Diebstahlschutz von Baumaschinen aus. Manche Frequenzbänder stehen nur in bestimmten Regionen der Welt zur Verfügung, während andere über mehrere Kontinente hinweg lizenzfrei genutzt werden können. Bei Use Cases mit internationalem Bezug, wie beim Containertracking, ist zudem zu berücksichtigen, dass bestimmte Funkstandards in einigen Ländern nicht erlaubt sind, sodass Alternativen gleich vorgesehen werden müssen.

  • Zukunftssicherheit: Die Auswahl der Verbindungstechnik sollte mit Weitblick erfolgen: Wie wahrscheinlich ist es, dass der Anbieter in fünf, zehn oder zwanzig Jahren noch existiert? Was, wenn der Netzbetreiber ältere Netze zugunsten der nächsten Mobilfunkgeneration abschaltet, wie es aktuell bei 3G der Fall ist? Kann die bevorzugte Funktechnik mit neuen Gerätegenerationen, weiteren Anwendungsfällen und neuen Geschäftsmodellen mitwachsen? Für Zukunftssicherheit sprechen offene Standards, ein großes Ökosystem und ein hoher Verbreitungsgrad der verwendeten Technik. Denn das führt in der Regel zur langfristigen Verfügbarkeit von Hardware, Software und Experten, die auch noch nach Jahren unterstützen können.

  • Sicherheit: Die kabellose Datenübertragung birgt höhere Sicherheitsrisiken als die drahtgebundene Kommunikation der klassischen Feldbusse. Daher sollten Unternehmen besonderes Augenmerk auf die Sicherheitsmechanismen legen. Wesentliche Aspekte sind das eingesetzte Verschlüsselungsverfahren, die Optionen für eine Authentisierung sowie angebotene Integritätsmechanismen zum Schutz vor Datenmanipulation.

  • Kosten: Schließlich gilt es, die Gesamtkosten der unterschiedlichen Funktechniken genau unter die Lupe zu nehmen. Dazu gehören neben den Anschaffungs- und Installationskosten für Hardwaremodule auch die laufenden Betriebskosten inklusive Wartung. Ein beachtlicher Posten können hierbei die Netznutzungsgebühren sein. Je nach eingesetzter Funktechnik können diese unterschiedlich hoch ausfallen.

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