IoT-Netzwerke

Das kann 0G

Während 5G noch auf sich warten lässt, erklärt Aurelius Wosylus, CSO bei Sigfox Germany, was 0G bereits heute leistet und weshalb es so eine hohe Abdeckung hat.

Aurelius Wosylus, CSO bei Sigfox Germany

Aurelius Wosylus, Sigfox Germany

ITD: Herr Wosylus, was sind netzwerkseitig die größten Herausforderungen, die IoT-Anwendungen stellen?
Aurelius Wosylus:
Viele der aufkommenden IoT-Anwendungen, die den wesentlichen Anteil der Milliarden angebundener Dinge ausmachen werden, brauchen ein Netz, das überall verfügbar sein soll. Dies, weil sich Dinge mal hier und mal dort befinden und Serviceanbieter ihre neuen Dienste und Geschäftsmodelle weltweit anbieten wollen. Auch darf das Netz weder viel kosten noch darf die Anbindung viel Energie verbrauchen, wenn auch einfachere Dinge angebunden werden sollen, wie Ladungsträger für die Logistik, Motoren an Garagentoren oder gar Plomben für Schaltschranktüren, zum Beispiel. Zuhause kann ich schon an der WLAN-Abdeckung meiner Garage scheitern.

Soll ich aber in einen Repeater investieren, nur weil ich meinen Bierkasten vor Frost schützen will? Noch kritischer wird es, wenn der Bierkasten in der Laube meines Schrebergartens steht. Mir wäre es viel zu teuer, einen Sensor mit 3G/4G/5G-Mobiltelefonnetzanbindung zu kaufen und dann noch einen Mobilfunktarif mit SIM-Karte für diesen Sensor zu verwalten. Hier bieten öffentliche 0G-Netze wie Sigfox eine echte Alternative – sowohl gegenüber Lokalfunktechnologien als auch gegenüber den Breitbandnetzen für die Mobilfunktechnologie. Das 0G-Netz ist einfach schon da. Man muss es nicht selbst aufbauen wie WLAN. Auch kostet es nicht viel und verbraucht auch nicht so viel Energie, wie eine Breitband-Mobilfunkanbindung. Für industrielle Kunden ist zudem entscheidend, dass öffentliche 0G-Netze wie das Netz von Sigfox weltweit verfügbar werden – ganz ohne Roaminggebühren.

ITD: Können Sie kurz erklären, was „0G“ eigentlich bedeutet und welche Rolle dabei lizenzfreie Frequenzbänder spielen?
Wosylus:
Technisch ist das Sigfox-0G-Netz ein sogenanntes LP-WAN, also ein Low Power Wide Area Network. Da wir das Sigfox-0G-Netz jedoch öffentlich verfügbar machen und es nur für Nachrichten von Dingen genutzt wird, die kein Breitband-Mobilfunknetz brauchen, ist es in Abgrenzung zu 5G jedoch leichter mit 0G – sprich Null-G oder Zero-G – erklärt. Der Terminus 0G ist zudem auch eine Abgrenzung zu alternativen privaten LP-WAN-Netzen, die man selbst aufbauen und pflegen muss. Mit 0G entscheidet man sich also, Dinge an ein IoT-Netz für kleine Statusnachrichten und Alarmmeldungen anzuschließen, das überall verfügbar wird und um das ich mich nicht kümmern muss.

Technisch können wir mit 0G bei extrem geringer Sendeleistung Daten über extrem weite Strecken, selbst durch Mauern hindurch, übermitteln. Das macht 0G einzigartig, denn das Netz funktioniert bei vollem Netzausbau sowohl outdoor wie auch indoor. Wir nutzen zur Übertragung lizenzfreie Frequenzbänder. Deshalb müssen wir keine Lizenzkosten abführen. Diese Kosten haben wir also nicht und müssen sie damit auch nicht an den Kunden weitereichen. Das ist bei den lizensierten 3G/4G/5G-Mobilfunkfrequenzen, die für teures Geld ersteigert wurden, natürlich anders und macht die Services entsprechend teurer. Breitband ist aber auch eine komplett andere, komplementäre Technologie, die kein Wettbewerb zu 0G darstellt.

ITD: Wie unterscheidet sich die von Ihnen bereitgestellte Technologie vom klassischen Mobilfunk?
Wosylus:
Zur Datenübertragung brauchen wir eine sehr viel geringere Sendeenergie, als sie bei klassischer Mobilfunktechnologie erforderlich ist. Zudem sendet das Device seine Nachricht einfach aus, ohne dass vorher ein Handshake mit der Basisstation stattfindet. Das spart Zeit und Energie bei der Datenübertragung. Zudem werden keine SIM-Karten benötigt und weltweit auch keine Roaming-Gebühren erhoben. Es gibt noch viele weitere kleinere Details, die man technisch erläutern könnte, wie die deutlich höhere Störsicherheit des Sigfox-Signals oder das Frequenzsprungverfahren zur Übertragungssicherheit. Wesentlich ist aber zu verstehen, dass 0G eben Ultraschmalband ist und 5G Breitband. Dann hat man die wichtigsten Unterschiede verstanden. Spannender sind die Unterschiede zu NB-IoT und Lora.

ITD: Wie wo liegen im LP-WAN-Bereich die Unterschiede?
Wosylus:
Sigfox-0G, NB-IoT und LoRa sind technisch gesehen alle LP-WANs. Nur findet NB-IoT im lizensierten Band statt. Die Verfügbarkeit hängt damit von den jeweiligen Mobilfunkanbietern ab und ist vielfach an die Verfügbarkeit von 5G gekoppelt. Sie ist also gerade erst im Entstehen, weil diese Technik nicht in allen LTE-Basisstationen durch Softwareupdates bereitgestellt werden kann. Es gibt zudem auch keinen global einheitlichen Netzbetreiber. LoRa hingegen adressiert primär private Netze, die man selbst installieren und pflegen muss, inklusive aller Aufwendungen für Sicherheitsthemen und Updates.

ITD: 5G ist in aller Munde und steht in Deutschland gerade erst in den Startlöchern. LTE gibt es schon lange – und dennoch ist eine vollständige Netzabdeckung noch nicht in Sicht. Weshalb konnte das Sigfox-0G-Netz so rasch ausgebaut werden und eine so hohe Abdeckung erreichen?
Wosylus:
Der mangelhafte Mobilfunk- und Breitbandnetzausbau liegt – zumindest bislang – an der Gewinnorientierung der Mobilfunkanbieter und der Unachtsamkeit der Politik, für den Netzausbau auch dort zu sorgen, wo weniger Ertrag erwirtschaftet werden kann. Nun sollen aber wohl Milliarden in den Breitband-Netzausbau gesteckt werden und der Steuerzahler soll es dann richten. Das ist nicht ideal, aber die Situation wird sich hoffentlich bald ändern, denn sonst wird Deutschland zunehmend weiter abgehängt. Auch wir wollen, dass unsere Kunden ihre Apps überall auf ihren Endgeräten wie Smartphones benutzen können, um ihre 0G-Devices von überall managen zu können. Bis das problemlos überall geht, werden wir aber noch warten müssen und es wird auch dann noch viele schwarze Löcher geben weil insbesondere 5G eine hohe Basisstationsdichte benötigt. Das ist bei 0G ganz anders. Hier brauchen wir deutlich weniger Basisstationen, um einen vollen Netzausbau zu erreichen. Dies, weil die Devices über flaches Land beispielsweise 30-50 Kilometer weit angebunden werden können. Mit einem Bruchteil der erforderlichen Investitionen konnten wir also den bisherigen Netzausbau realisieren. Aktuell – also Januar 2020 – liegt unsere Netzabdeckung bei über 85 Prozent im Outdoor-Bereich. Der Ausbau geht weiter und kann mit einer nur 400 Euro teuren Sigfox Base Station Micro von Anwendern sogar selbst vorangetrieben werden, sollte vor Ort noch keine Anbindung gegeben sein. Zudem kann im 0G-Netz eine Basisstation bis zu 11,6 Million Nachrichten von Sigfox Devices pro Tag managen. Sigfox ist gegenüber Mobilfunk damit viel einfacher und in einem größeren Rahmen skalierbar.

ITD: Weshalb eignet sich 0G gerade in den Anwendungsbereichen Logistik und Smart City so besonders?
Wosylus:
Im Logistiksegment ist das Tracking wichtig. Sigfox kann Dinge ganz ohne Sensor tracken – einfach nur über das Netz. Zudem ist die WLAN-Ortung mit günstigster Sensorik auch ein Service des Sigfox-Netzes. Für diese beiden Ortungsarten sowie auch für GPS-Daten, die Devices eigenständig ermitteln, stellt Sigfox zudem Geolokalisierungsdienste bereit wie beispielsweise GIS-Datenbanken und Karten über unseren Partner Here. Das Ökosystem ist für Track & Trace also schon extrem rund und felderprobt, weshalb wir in diesem Segment derzeit einen immensen Boom erfahren.

Etwas verhaltener sind die Kommunen und städtischen Betriebe, was den Masseneinsatz von Sigfox-Devices betrifft, was in der Natur der Entscheidungsfindungen und im Ausschreibungsverfahren für große Projekte liegt. Aber wir haben einen entscheidenden Vorteil bei Teststellungen und im evolutionären Ausbau, denn das Netz ist so oder so schon da. Wer kein eigenes Netz aufbauen muss, um Smart Meter, Glascontainer und Parkplätze sowie Feinstaubsensoren an das Internet der Dinge anzubinden, der spart Zeit, Kosten und Organisationsaufwand. Man kann zudem mit einem Device beginnen, testen ob es passt und problemlos skalieren. Hier gibt unzählige fertige Lösungen für Stadtwerke und kommunale Betriebe bis hin zu Sensoren für Gullydeckel, Hydranten oder Briefkästen. Selbstverständlich gibt es auch schon Trackinglösungen für E-Scooter oder für die Versicherungen von E-Mobilität, die aus den Bewegungsdaten parameterbasierte Pay-per-Use-Versicherungspakete schnüren. Stellen Sie sich zudem den gesamten Baubereich vor: Man kann extrem gut Equipment mit Sigfox-0G überwachen, um Diebstahl zu vereiteln und Dinge auf größeren Baustellen schneller zu finden.

ITD: Welchen Vorteil können Unternehmen von der Limitierung der Datenübermittlungen haben?
Wosylus:
Sie sparen Energie und Kosten. Die Energieeinsparung ist dabei der wesentliche Befähiger für Devices, die ihr gesamtes Leben lang ohne Batteriewechsel auskommen können. Aktuell über viele Jahre hinweg. Für qualitativ hochwertige 0G-Ladungsträger-Tracker werden derzeit zum Beispiel rund sieben Jahre Batterielaufzeit garantiert. Das bedeutet, dass die reale Standzeit voraussichtlich noch deutlich länger sein wird. Diese Zero-Wartung bei Zero-G ist der entscheidende Kostensenkungsschub, der es ermöglicht, selbst einfachste Dinge aller Art anzubinden.

ITD: Welche Bedeutung kommt der Technologie im Zusammenhang mit Industrie 4.0 zu?
Wosylus:
Industrie 4.0 und IIoT –  also industrielles Internet der Dinge – im Sinne industriell robuster Anbindung und Kommunikation von Dingen aller Art ist eines der wichtigsten Anwendungsfelder für Sigfox 0G in Deutschland. Der Consumer-Bereich wird erst etwas zeitversetzt folgen. Die Übertragung von Zustandsdaten und Alarmmeldungen von Geräten, Maschinen und Anlagenkomponenten ist für Predictive Maintenance beispielsweise immens wichtig und Sigfox-0G ist hier für viele Dinge der effizienteste Kanal. Wir rollen das Feld in diesem Bereich von unten nach oben auf, was die Bandbreite und Übertragungshäufigkeit betrifft und können so ein extrem breites Spektrum an Monitoring- und M2M-Applikationen abdecken. Industrie 4.0 im Sinne von breitbandiger Kommunikation und/oder extrem vielen Datenübertragungen mit dauerhafter Datenanbindung ist jedoch kein Anwendungsfeld für 0G Netze.

ITD: Wie gelangen erhobene Daten in die Cloud, um dort nutzbar zu werden?
Wosylus:
Sie werden von den Devices dreifach gesendet, von mehreren Basisstationen empfangen, ausgewertet in der Sigfox-Cloud zur Abholung von Kundenapplikationen bereitgestellt. Je nach Device und Hersteller werden von hier aus ganz unterschiedliche Dienste zur Verfügung gestellt. Das hängt ganz von der jeweiligen Lösung ab. Der Weg von der Kunden-App zum Device für Stellbefehle, Parametrierungen und Funktionsfreischaltungen geht ebenfalls nur über unsere Hochsicherheits-Cloud.

ITD: IoT-Umgebungen sind besonders schutzbedürftig – wie lässt sich bei Sigfox-Devices ein Schutz vor Hacker-Angriffen gewährleisten?
Wosylus:
Es gibt Authentisierungs- und Verschlüsselungstechnologien für die Nachrichten und eine sichere End-to-End Kommunikation, die bis hin zum Secure Element in den Devices ausgebaut werden kann. Zudem kann der Hersteller den Inhalt einer Nachricht auch nochmals extra verschlüsseln. Der Hack des Chaos Computer Clubs hat jedoch gezeigt, dass man vorsichtig sein muss: Wenn man als Device-Hersteller seine Entwicklungsumgebung offen auf dem Device abspeichert, kann man auch Sigfox-Devices hacken.

ITD: Für welche Einsatzbereiche eignet sich die Technologie und wo stößt sie an ihre Grenzen?
Wosylus:
Wir binden alles an, was bislang nicht angebunden werden konnte, weil es zu teuer oder zu energieintensiv war. Es sind sogar schon Konzepte für Briefumschläge vorgestellt worden, die eine Nachricht bei Öffnung absetzen. Der Phantasie sind also kaum Grenzen gesetzt. Bis der Umschlag technisch massentauglich gemacht ist, braucht es aber noch ein paar Jahre. Eine Plombe für Container ist aber schon in ersten Vorserienlosen verfügbar. Bereits massenhaft in Losgröße Hunderttausend im Einsatz sind Logistikapplikationen, speziell für das Tracking von Ladungsträgern aller Art. Teure Gestelle und Behälter können so besser vor Schwund geschützt und der Umlauf optimiert werden. Dies sind aber nur die Anfänge der großen industriellen Massenapplikationen mit Sigfox-0G. Sie kommen so schnell mit der Verfügbarkeit des Netzes, weil sie sehr einfach umzusetzen waren, oft lediglich Outdoor-Anbindung erfordern und die im Netz integrierte Geolokalisierungsfunktionen nutzen können. Parallel entstehen derzeit immens große Predictive Maintenance Märkte und überhaupt Überwachungs- und Trackingapplikationen von Dingen aller Art. Die Grenzen liegen bei lediglich 12 Byte pro Nachricht und 140 Nachrichten pro Tag. Dieses Limit reicht aber für viele Applikationen aus. Mit 12 Byte lassen sich nämlich  unterschiedliche Werte darstellen. Das sind 79 Quadrilliarden unterschiedliche Zustände. Zur Verdeutlichung: Eine Quadrialliarde ist eine Zahl mit 27 Nullen vor dem Komma! Mit dieser Vielfalt sollte sich jeder Systemzustand hinreichend präzise beschreiben lassen.

ITD: Wie stehen Sie dem 5G-Mobilfunkstandard gegenüber? Denken Sie, er wird sich tatsächlich als Katalysator für Industrie-5.0-Szenarien erweisen oder sind hier die Erwartungen zu hoch?
Wosylus:
Breitband ist immens wichtig. Auch mobil. Das kann niemand abstreiten. Neben Breitband brauchen wir aber auch die Ultraschmaldbandtechnologie von Sigfox-0G. 0G ist komplett komplementär zu all den Applikationen, die extreme Bandbreiten benötigen. Über 0G überwachen wir deshalb beispielsweise sogar die Funktionsbereitschaft von Mobilfunkmasten und Breitband-Multimedia-Konsolen. 5G ist also auch ein Markt für Sigfox. In Stückzahlen gesehen ist 0G damit die deutlich bedeutendere Technologie zumal sie ja auch selbst einfachste Dinge anbinden kann, die bislang nicht angebunden werden konnten. Also Neuland. 5G ist hingegen eher der Ausbau eines bestehenden Kanals, wenngleich taktiles Internet für autonomes Fahren selbstverständlich auch immenses Innovationspotenzial bietet. Deutschland brauchen also beides: 0G und 5G.

Bildquelle: Sigfox Germany

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