Vernetzungstechniken im Überblick

Internet der Dinge richtig vernetzen

1. September 2017

Das Internet der Dinge erfordert Vernetzungstechnologien, die auf die Anforderungen der speziellen Anwendung abgestimmt sind. Hier finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Vernetzungstechniken.

Sie haben alle ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Die eine, für alle Anwendungen passende Vernetzungstechnologie gibt es nicht. Hier finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Technologien und deren Eigenschaften, Vor- und Nachteile sowie Anwendungsbeispiele.

Festnetzverbindung

Deutschland ist zumindest in den besiedelten Gebieten flächendeckend per Festnetz versorgt. Fast alle Haushalte sind per Festnetz ans Internet angeschlossen, die meisten per DSL. Das funktioniert selbstverständlich auch für einzelne Anlagen und smarte Geräte. Grundsätzlich lässt sich diese Verbindung für die Datenkommunikation mit Elementen im Internet der Dinge nutzen. Der Haken: Die Kommunikation läuft immer über einen Router, der als zusätzliches, stationäres Gerät die eigentliche Verbindung zum Internet herstellt. Das erhöht den technischen Aufwand, weil ein weiteres Gerät administriert und gewartet werden muss. Außerdem ist ein zusätzlicher Stromverbraucher in Betrieb. Der Nachteil „Router“ kann aber auch ein Vorteil sein: Als Gateway kann er die Kommunikation von vielen Sensoren und intelligenten Maschinen bündeln und ins Internet weitergeben – und umgekehrt. Ein Konzept, das sich für viele IoT-Anwendungen anbietet. Die meisten Smart-Home-Anwendungen funktionieren so. Viele von ihnen funken in einem lizenzfreien Band die meist geringen Datenmengen zur Steuerung etwa der Heizung an eine zentrale Einheit, die an den heimischen Router angeschlossen ist.

Mobilfunk

Einen nicht zu vernachlässigenden Vorteil bringt der Mobilfunk außerdem mit sich: Mobilfunknetze gelten als sicher, weil sie von den großen Providern entsprechend zuverlässig geschützt werden. Der Einsatz von Technologien wie Virtual Private Networks (VPN) auf der Basis von Multiprotocol Label Switching (MPLS) sorgen zusätzlich nicht nur für eine zuverlässige Verschlüsselung, sondern auch für festgelegte Pfade, definierte Bandbreite und Geschwindigkeit sowie Zuverlässigkeit des Datenverkehrs.

Mögliche Funktechnologie für Smart Grids und ihre Eigenschaften

Wichtigstes Kriterium für die Wahl der passenden Mobilfunktechnik ist selbstverständlich die Netzverfügbarkeit. Zwar erreichen alle Techniken von allen Anbietern in Deutschland im Wesentlichen eine flächendeckende Versorgung, doch im Einzelfall gilt es immer zu prüfen, ob die gewünschte Technik auch genau am geplanten Standort verfügbar ist. Hinzu kommt die unterschiedliche Durchdringung der Funkwellen etwa von Gebäuden. Mauerwerk, Beton und Stahlarmierung senken die Reichweite der Mobilfunknetze deutlich. Nach einer Studie von Telefónica Deutschland sind deshalb beispielsweise rund 25 Prozent der Stromzähler, meist im gut abgeschirmten Keller installiert, in Deutschland nicht per Mobilfunk erreichbar – und zwar unabhängig vom Netzbetreiber.

Funknetze im niedrigeren Frequenzbereich bieten hier Vorteile, weil sie mit ihrer größeren Wellenlänge Bauwerke besser durchdringen. In einer Fallstudie hat die Universität Dortmund beispielsweise festgestellt, dass in einem städtischen Umfeld per UMTS im 2,1-GHz-Netz beispielsweise nur knapp 36 Prozent der Haushalte entsprechend angebunden werden können, im GSM-Netz von 900 MHz immerhin knapp 79 Prozent.

Für optimale Konnektivität per Mobilfunk bieten sich Kommunikationslösungen an, die Roaming ermöglichen. So erlaubt die Global SIM von Telefónica technisch die Verbindung mit jedem verfügbaren Mobilfunknetz; in der neuesten Generation gilt das auch für LTE. Roaming ist damit nicht nur möglich, wie es viele im internationalen Reiseverkehr kennen, sondern auch national: Selbst innerhalb von Deutschland lassen sich mit der Global SIM standardmäßig die Mobilfunknetze aller Wettbewerber nutzen – ohne zusätzliche Technik und Rechnung.

Doch auch so lassen sich nicht alle möglichen Geräte an allen Standorten vernetzen. Vorhandene Lücken müssen über weitere Kommunikationstechnologien geschlossen werden. Dafür bieten sich zum Beispiel selbstorganisierende Netzwerke an, sogenannte Mesh-Netzwerke, die zwischen verschiedenen Geräten oder zwischen Gateways aufgebaut werden. So überbrücken sie die fehlende direkte Anbindung ans Internet.

Neues Potenzial dank Narrow-Band

Neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet die Narrow-Band-LTE-Technik. Sie nutzt die LTE-Mobilfunknetze, ist aber auf geringen Energieverbrauch hin optimiert. Dafür beschneidet sie die sonst mögliche Datenbandbreite per LTE. Sie ermöglicht Geräte, die zum Beispiel per einfacher Batterie mit Strom versorgt werden und zehn Jahre lang ohne Batteriewechsel Daten ins Internet der Dinge funken können.

Diese Technologie lenkt den Blick auf essenzielle Größen für die Wahl der richtigen Vernetzungstechnik im Internet der Dinge – neben der eigentlichen Netzanbindung: Welche Datenmengen müssen in welcher Zeit übertragen werden? In einer groben Näherung gilt die einfache Faustformel: Je weniger Daten mit geringerer Bandbreite versendet werden, desto niedriger ist der Stromverbrauch. Diesen Zusammenhang macht sich Narrow-Band-LTE zunutze. Diese Technik bietet sich deshalb vor allem bei Anwendungen an, die nur wenige Daten senden, zum Beispiel Sensoren, Zähler oder Steuerungen, die eher selten oder nur im Kilobytebereich senden und empfangen. Telefónica hat mit dieser Technologie in Chile bereits ein großes Projekt zur Ausstattung von Smart-Metern erfolgreich durchgeführt. Ein anderes Anwendungsbeispiel: Sensoren im Straßenbelag, die einfach nur melden, ob ein Parkplatz belegt ist oder nicht.

Große Erwartungen an 5G