Schmalband gegen Bienensterben

NB-IoT für Industrie und Artenvielfalt

Das IoT vernetzt eine Vielzahl an Geräten. Wie selbst heimische Bienenpopulationen davon profitieren, erklärt Jens Olejak, Leiter New Access Technologies, IoT, Deutsche Telekom, im Interview.

Jens Olejak, Leiter New Access Technologies, IoT, Deutsche Telekom

Jens Olejak, Deutsche Telekom

ITD: Herr Olejak, welches sind netzwerkseitig die größten Herausforderungen, die das IoT stellt?
Jens Olejak:
Das „Internet der Dinge“ (kurz: IoT), ein riesiges Ökosystem aus Geräte- Anbieter, Branchen und Anwendungen wächst unaufhörlich. Einfach alles kann vernetzt werden. Damit einher steigt die Nachfrage nach den optimalen Betriebsbedingungen. Das passende Netz ist da der zentrale Baustein. Hier kommt der Funkstandard Narrowband IoT (NB-IoT) ins Spiel: Ab sofort steht das Netz für das Internet der Dinge der Deutschen Telekom deutschlandweit zur Verfügung. Das neue Maschinen- und Sensorennetz erleichtert die Digitalisierung in den verschiedensten Branchen.

ITD: Wie unterscheidet sich NB-IoT von anderen LPWANs?
Olejak: Die entscheidenden Unterschiede sind die Standardisierung und die Frequenzbänder: NB-IoT ist ein 3GPP-Industriestandard, der existierende Netzinfrastruktur nutzt wie Standorte, Basisstationen, Antennen, Backhaul und lizenziertes Spektrum. Lizenzierte Bänder können eine große Anzahl von Geräten stabil und sicher bedienen, mit hohen Kapazitäten und mit hoher Zuverlässigkeit.

Sigfox und LoRa sind proprietären Technologien und verwenden unlizenzierte Bänder, benötigen daher dedizierte bzw. neue Netzkomponenten. Mit einer zunehmenden Anzahl vernetzter Geräte kann die Übertragungsqualität auf unlizenzierten Bändern abnehmen (z. B. durch Interferenz), während die Vorteile der Verwendung einer standardisierten Technologie in lizenzierten Bändern immer offensichtlicher werden.

ITD: Weshalb eignet sich gerade NB-IoT so besonders für IoT-Anwendungen?
Olejak: Narrowband IoT bildet die Basis des Maschinen- und Sensorennetzes der Deutschen Telekom. Durch ihre besonderen Eigenschaften ist diese Schmalbandtechnologie ein idealer Wegbereiter für das Internet der Dinge. Sie eröffnet eine drahtlose Zukunft mit sicherer, stabiler und robuster Konnektivität, die praktisch überall funktioniert. Die wichtigsten Vorteile sind geringe Kosten, leistungsstarke Abdeckung in Gebäuden und jahrelange Akkulaufzeiten der vernetzten Geräte sowie die Kerneigenschaft kleine Datenmengen über lange Zeiträume hinweg an schwer erreichbare Stellen zu übertragen.  Von steigender Bedeutung für die IoT- Branche ist auch die weltweite Roaming-Fähigkeit von NB-IoT, zum Beispiel für die international agierende Logistik- Branche. Narrowband IoT eignet sich hervorragend für Anwendungen im Internet der Dinge, die Geräte über bereits etablierte Mobilfunknetzwerke verbindet,

NB-IoT-Lösungen sind durch einen hohen Komplexitätsgrad gekennzeichnet: Dazu gehören die jeweilige physische Umgebung (beim vernetzten Parken etwa der Parkplatz), Sensoren, das Netz, die Anwendungen, das Rechenzentrum bis zum Endgerät beim Verbraucher. NB-IoT ermöglicht sichere IoT-Anwendungen mit zuverlässiger Datenübertragung für diesen Massenmarkt.

ITD: Können Sie einige Beispiele für Einsatzbereiche der Technologie nennen?
Olejak:
Beispielsweise werden sowohl Bienenstöcke als auch Brücken, Tunnel, Gebäude und anderen Infrastrukturobjekte aus Beton digital aus der Ferne überwacht. Waren und Güter werden durch NB-IoT auf dem gesamten Transportweg getrackt (Smart Tracking). Im Smart City Sektor gibt es die smarte Parkplatzsuche ParkandJoy, die intelligente Straßenbeleuchtung, das Abfallmanagement oder auch das Überwachen der Luftgüte in Städten. Im Energiebereich eignet sich NB-IoT für Smartes Metering und Sensoren in Gebäuden.

Die Telekom betreibt smarte Bienenstöcke in Partnerschaft mit einer Bonner Imkerei auf dem Gelände ihrer Bonner Zentrale und im T-Systems Innovation Center in München. Die Bienenkörbe sind mit NB-IoT-Technik ausgestattet, mit der intelligente Sensoren Daten aus den Stöcken sammeln und übertragen. Dazu gehören Informationen zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Gewicht (= Füllstand der Waben) und Geräusche direkt aus dem Bienenstock. Die T-Systems-Cloud übermittelt diese Daten an den Imker, der das Verhalten und Zustand des Bienenvolkes dann per App jederzeit online aus der Ferne beurteilen und bei Auffälligkeiten eingreifen kann. Unnötige Fahrten zum Bienenvolk und damit verbundene Störungen der Insekten sind hinfällig. Dieses spezifische Beispiel der Digitalisierung durch NB-IoT ist uns wichtig, weil wir hier einen nicht unerheblichen Beitrag zur Arterhaltung leisten können. Bienen bestäuben circa 80 Prozent aller heimischen Nutz- und Wildpflanzen und stellen daher einen riesigen volkswirtschaftlichen Wert dar.

Wir bieten außerdem einen durch Narrowband IoT unterstützten digitalen Parkservice namens „Park and Joy“ in Hamburg und Bonn an, der bis Jahresende auch in weiteren 26 deutschen Städten zur Verfügung stehen wird. Die „Park and Joy“ App zeigt freie Parkplätze an, die über NB-IoT ihre Verfügbarkeit funken, und navigiert den Fahrer auf direktem Wege dorthin. Vor Ort kann der Parkschein über die Smartphone-App bezahlt werden und auch die Parkdauer kann mit „Park and Joy“ minutengenau gebucht und auch nachträglich - aus der Ferne - verlängert oder verkürzt werden.

Weiterhin arbeitet die Telekom gemeinsam mit ihrem Partner BS2 Sicherheitssysteme an einer NB-IoT basierten Überwachungslösung für Brücken, Tunnel, Gebäude und anderen Infrastrukturobjekten aus Beton. Ein Beispiel: Das Gebiet um den Düsseldorfer Flughafen wird nach und nach mit dieser Sensortechnik ausgerüstet. Den Anfang hat die erste „intelligenten Brücke“ auf dem Gelände gemacht, die zugleich die einzige Zufahrt des zentralen Tanklagers am Flughafen ist.

Hierbei handelt es sich um ein sensorbasiertes modulares System, das relevante Informationen über Einwirkungs- und Widerstandsveränderungen nahezu in Echtzeit erfasst, überwacht und bewertet. Bis zu 50 Sensoren werden in solch einem Konstruktions-Frühwarnsystem direkt in die Fahrbahnoberfläche und Brückenkappen eingebaut. Sie messen die Temperatur, Feuchte und Korrosion. Hierbei handelt es um kritische Faktoren, die in diesen Betonstrukturen irreparable Schäden verursachen können bzw. umfangreiche Maßnahmen zur Sanierung des Bewehrungsstahls erforderlich machen. Die Sensoren können sowohl in neue Strukturen installiert als auch in bestehenden nachgerüstet werden – und da sie keine Batterien haben, können sie bis zu 70 Jahre überdauern. Die von den Sensoren ermittelten Daten werden über unser NB-IoT Netzwerk ausgelesen und an ein Backend übermittelt, wo sie dann analysiert und angezeigt werden. Der Zustand der Brücke kann nun aus der Ferne und somit ohne Beeinträchtigung des laufenden Verkehrs begutachtet werden.

Ein letztes Praxisbeispiel aus dem Bereich der Logistik: Die Deutsche Telekom, das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML und die European Pallet Association (Epal) haben die ersten 500 intelligenten Paletten auf NB-IoT-Basis im Einsatz. Sie sind mit einem so genannten Low-Cost-Tracker ausgestattet, der die Position bestimmen sowie Bewegung, Schockeinwirkungen und Temperaturverlauf abrufen kann. Ein wasserfester Sensor registriert Stöße, Lage, Kippwinkel, Beschleunigungen und Temperatur der Palette. Die Palette meldet sich selbständig bei Abweichungen durch Erschütterungen oder Temperaturschwankungen und gibt ihre aktuellen Daten automatisch an ein eigenes Portal. 

Intelligent vernetzte Paletten werden als das neue Datengold der Logistik bezeichnet, da sie die beiden größten Herausforderungen dieser Branche – Verlust und Verzögerung von versandter Ware – adressieren. Frachtdiebstahl kostet die Unternehmen jedes Jahr Milliarden Euro. Wegen fehlender oder falscher Informationen erreichen zudem 30 Prozent aller Lieferungen weltweit nicht rechtzeitig ihr Ziel.

ITD: Welche Vorteile bietet NB-IoT gegenüber nicht-lizensierten Netzwerken?
Olejak: Besonders in der digitalen Welt helfen uns Standards bei der Entwicklung und dem Betrieb der komplexen technischen Systeme mit den unterschiedlichen Verantwortlichkeiten für die einzelnen Elemente. Ein Standard ist ganz einfach ausgedrückt eine „Vereinheitlichung“. Fehlen Standards, können die einzelnen Teile der Gesamtlösung nicht reibungsfrei zusammenarbeiten, zum Beispiel beim vernetzten Parken die Suche, Buchung und Bezahlung des Parkplatzes über unser Smartphone. Oft müssen individuelle Lösungen geschaffen werden. Das ist meist mit zusätzlichen Kosten verbunden und birgt die Gefahr, dass die einzelnen Elemente einer komplexen IoT-Lösung nicht richtig zusammenspielen. Außerdem bietet ein lizensiertes Netzwerk eine erhöhte Sicherheit.  

ITD: Welche Vorteile gibt es gegenüber GSM, UMTS oder LTE?
Olejak:
Die Telekom setzt aus mehreren Gründen auf Narrowband IoT. Zum einen basiert diese standardisierte Mobilfunktechnologie auf LTE und wird daher auch unter 5G als LTE Nachfolger verfügbar sein. Die damit verbundene zukunftsorientierte Investitionssicherheit ist uns und natürlich auch unseren Kunden extrem wichtig. Sie kann einfach und schnell per Software-Upgrade in unsere vorhandene LTE-Infrastruktur integriert werden. Sie wird im GSM- und im LTE-Spektrum bereitgestellt, daher sind keine zusätzlichen Spektrumslizenzen nötig. Außerdem bietet die Nutzung des vorhandenen, lizensierten Spektrums und der 3GPP Standardisierung die notwendige Sicherheit für alle zukünftigen NB-IoT-Anwendungen.

ITD: Einige Experten denken, dass NB-IoT eine Art „Übergangslösung“ darstelle, bis 5G-Alternativen bestehen. Wie bewerten Sie diese Einschätzung?
Olejak: Nein, da NB-IoT bereits Teil von 5G ist, und dort zusammen mit LTE-M die Anwendungsfälle rund um Massive IoT abdeckt. Hierfür sind vom internationalen Standardisierungsgremium 3GPP auch keine zusätzlichen Funktechnologien eingeplant. Somit sind NB-IoT und LTE-M langfristig gesetzt.

ITD: IoT-Umgebungen sind sehr sicherheitskritisch. Wie können NB-IoT-Netze vor Hackern und Manipulationen geschützt werden?
Olejak:
Datensicherheit steht bei uns an oberster Stelle. Narrowband IoT ist eine weltweit standardisierte Technologie und nutzt LTE-Sicherheitsmechanismen nach 3GPP. Außerdem werden die vorhandenen Sicherheitsfunktionen ständig von einem internationalen Experten-Netzwerk überprüft und verbessert.

Bildquelle: Deutsche Telekom

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