24.10.2017 Trends im Internet der Dinge

So pusht Narrowband-IoT die Industrie 4.0

Von: Ina Schlücker

Wie Narrowband-IoT die Industrie 4.0 in Deutschland voranbringen kann, erklärt Michael Lemke von Huawei Technologies Deutschland, im Interview.

Michael Lemke, Huawei

Michael Lemke, Senior Technology Expert bei Huawei Technologies Deutschland

IT-DIRECTOR: Herr Lemke, im Umfeld von Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge fällt immer wieder der Begriff Schmalband-Internet, neudeutsch Narrowband-IoT (NB-IoT). Was steckt dahinter?
M. Lemke:
Dahinter verbirgt sich die von der Mobilfunkindustrie standardisierte Variante der sogenannten Niederleistungsweitverkehrs-Netzwerke (Engl.: Low Power Wide Area Networks, LPWAN), d.h. eine Kommunikationstechnologie, die spezialisiert ist auf eher geringe Datenraten und hohe bzw. höchste Abdeckung. NB-IoT realisiert dabei durch spezielle Technologiebestandteile wie z.B. kleinere Kanalbandbreiten und Sendewiederholmechanismen tatsächlich eine Reichweite, die die Verbindung auch bei gewöhnlich schwierigen Gegebenheiten, wie beispielsweise in Kellern, Brunnenschächten oder sogar unter Wasser ermöglicht.

IT-DIRECTOR: Welche Vor- und welche Nachteile kann die Kommunikation via Narrowband-IoT mit sich bringen?
M. Lemke:
NB-IoT setzt im Rollout auf existierende Mobilfunknetze auf, kann also entweder in den GSM-, UMTS- oder LTE-Bändern in Betrieb genommen werden und verwendet die existierenden Infrastrukturen wie Antennen und Systemtechnik, wie sie sowieso für die Mobilfunknetze betrieben werden wird. Die Vorteile von NB-IoT sind die bereits erwähnte extrem hohe Reichweite, die große Flexibilität hinsichtlich der Datenraten pro Einsatzfall und Skalierbarkeit z.B. bezüglich der Verbindungsdichte pro Flächeneinheit. Abhängig von den Verkehrsmodellen der gewünschten Datenübertragung ergeben sich Batterielaufzeiten von Sensoren und Modulen von bis zu zehn Jahren und mehr. Darüber hinaus adressiert die Technologie Modulkosten unterhalb der klassischen GSM-, UMTS- bzw. LTE-Module.

Durch die Nutzung von lizenzierten Frequenzen entstehen die typischen Eigenschaften von Mobilfunkbetreibern gemanagter Spektrumnutzung, d.h. robustes Interferenzverhalten, Kapazitäts- und Ausfallvorteile (‚carrier grade‘) gegenüber der Nutzung unlizenzierter ISM-Bänder, wie sie von den Pendants in den LPWAN-Technologien wie Sigfox/LoRa angeboten werden.

Aufgrund der genannten Vorteile werden mit NB-IoT (oder ganz allgemein den LPWAN-Technologien) Bereiche der Vernetzung von Dingen, Gegenständen usw. adressiert, die bisher auf Grund von Erreichbarkeit, Batterielebensdauer und Kostenposition nicht möglich waren. Aus diesem Grund stellt NB-IoT eine der grundlegenden Technologien für das Internet der Dinge dar und es wird erwartet, dass sie bis 2020 einen substantiellen Anteil an Verbindungen im Bereich des Internet der Dinge bereitstellen wird.

IT-DIRECTOR: Inwieweit ist Narrowband-IoT hierzulande bereits verbreitet?
M. Lemke:
NB-IoT wurde im Jahre 2016 von der 3GPP, dem Standardisierungsgremium der Mobilfunkindustrie standardisiert und wird von den Systemlieferanten den Betreibern in Deutschland angeboten. Die Industrie arbeitet gemeinsam an der Erschließung neuer Anwendungsbereiche und betreibt gemeinsam Open Labs für die Kooperation zur Markteinführung NB-IoT-basierter Dienste. Den öffentlich verfügbaren Ankündigungen zufolge kann man mit ersten kommerziellen Versuchsanwendungen der NB-IoT-Technologie in Deutschland 2017 rechnen. Details des Ausbaus der Netze können verständlicherweise nicht von Huawei dargelegt werden, hier sind die Netzanbieter gefragt. Allerdings haben sowohl Vodafone als die Deutsche Telekom sich bei verschiedenen Gelegenheiten bereits ambitioniert geäußert.

IT-DIRECTOR: Für welche Zwecke wird Narrowband-IoT vor allem genutzt? Können Sie uns bitte einige Anwendungsbereiche skizzieren?
M. Lemke:
NB-IoT kann verschiedene Einsatzfälle abdecken, aber aufgrund der spezifischen Eigenschaften, zeichnen sich international der Einsatz im Metering-Umfeld insbesondere für Wasserverlusterfassung, Gas- und Energieverbrauch ab. Weiterhin werden viele Anwendungsfälle im Bereich Logistik, Asset-Management beweglicher Güter, Parkraumbewirtschaftung und Wearables diskutiert bzw. teilweise realisiert. Als Beispiel sei die Parkraumbewirtschaftung des Disneylands in Shanghai genannt, wo die Parkplätze mit  NB-IoT Parkplatzsensoren überwacht werden. Als weiterer Fall kann auch der australischer Wasserversorger South East Water angeführt werden, der sein Wasserversorgungsnetz mittels NB-IoT verbundener Sensoren überwacht und mit Hilfe von Big Data Analytics die Verlustrate geschäftswürdig senkt.

IT-DIRECTOR: Wie ist es bei Datenübertragungen via Narrowband-IoT um die Sicherheit bestellt? Wie lässt sich vermeiden, dass IoT-Geräte als Angriffsziele für Hacker dienen?
M. Lemke:
Eine weitere wesentliche Eigenschaft der Technologie ist, dass sie vollständig auf dem sonstigen Mobilfunkrahmen aufsetzt: für die Identifikation der Geräte wird das herkömmliche SIM-Verfahren genutzt, zunehmend auch dessen Evolution als eSIM. Die Luftschnittstelle ist wie LTE gesichert und für den Datenpfad wird auch noch eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung eingesetzt. Das bedeutet, NB-IoT erbt die Sicherheit eines heutigen Mobilfunknetzes und schützt den Datenpfad zusätzlich.

IT-DIRECTOR: Worauf kommt es bei der Überwachung und Verwaltung von IoT-Geräten inklusive verschiedener Sensoren an?
M. Lemke:
Bei den IoT-Geräten kommt es auf folgende wesentlichen Informationen an (exemplarisch, Fokus auf die technische Information, nicht vollständig):
+ Konnektivitätsinformation (SIM) + Aktivitätsstatus (sleep, nächste Übertragung, Transmissionsparametrisierung, Lokalisierung, Empfangs- und Sendestärke usw.)
+ Geräte Authentication ID/IDs (Identifikation des Sensors/Platinen usw.)
+ Transaktions-Token
+ Batteriestatus (Lebensdauer)

IT-DIRECTOR: Welche Tools gibt es für die Überwachung und Verwaltung von IoT-Geräten und IoT-Netzen?
M. Lemke:
Wir verfügen über eine Management-Plattform, die die Themen im Sinne unseres Eco-Systems abdeckt (Ocean Connect).

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