Mobilfunk (3G/4G/5G)

Mobilfunknetze haben sich auf dem Mobilfunkmarkt für Verbraucher gut etabliert und bieten eine zuverlässige Breitbandkommunikation, die verschiedene Sprachanrufe und Video-Streaming-Anwendungen unterstützt. Der Nachteil ist, dass sie sehr hohe Betriebskosten und einen hohen Energiebedarf verursachen.

Mobilfunknetze sind zwar für die meisten IoT-Anwendungen, die durch batteriebetriebene Sensornetzwerke betrieben werden, nicht praktikabel, aber sie eignen sich gut für bestimmte Anwendungsfälle wie vernetzte Autos oder Flottenmanagement in Transport und Logistik. So können sich beispielsweise Infotainment im Auto, Verkehrsleitsysteme, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) sowie Flottentelematik- und Verfolgungsdienste auf die allgegenwärtige und breitbandige Mobilfunkkonnektivität stützen.

Mobilfunk der nächsten Generation (5G) mit Hochgeschwindigkeits-Mobilitätsunterstützung und ultraniedriger Latenzzeit wird die Zukunft autonomer Fahrzeuge und erweiterter Realität sein. Es wird erwartet, dass 5G in Zukunft auch die Echtzeit-Videoüberwachung für die öffentliche Sicherheit, die mobile Bereitstellung medizinischer Datensätze in Echtzeit für die vernetzte Gesundheit und verschiedene zeitkritische industrielle Automatisierungsanwendungen ermöglichen wird.

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Zigbee and Other Mesh Protocols

Zigbee ist ein drahtloser Standard mit geringer Reichweite und Leistung (IEEE 802.15.4), der üblicherweise in einer Mesh-Topologie eingesetzt wird, um die Abdeckung durch Weiterleitung von Sensordaten über mehrere Sensorknoten zu erweitern. Im Vergleich zu LPWAN bietet Zigbee höhere Datenraten, aber gleichzeitig eine viel geringere Energieeffizienz aufgrund der Mesh-Konfiguration.

Aufgrund ihrer kurzen physikalischen Reichweite (< 100m) sind Zigbee und ähnliche Mesh-Protokolle (z.B. Z-Wave, Thread etc.) am besten für IoT-Anwendungen mit mittlerer Reichweite und einer gleichmäßigen Verteilung von Knoten in unmittelbarer Nähe geeignet. Typischerweise ist Zigbee eine perfekte Ergänzung zu Wi-Fi für verschiedene Anwendungsfälle der Heimautomatisierung wie intelligente Beleuchtung, HLK-Steuerung, Sicherheits- und Energiemanagement usw. –

Bis zum Aufkommen von LPWAN wurden Mesh-Netzwerke auch in der Industrie eingesetzt, um verschiedene Fernüberwachungslösungen zu unterstützen. Sie sind jedoch bei weitem nicht ideal für viele geografisch verstreute Industrieanlagen, und ihre theoretische Skalierbarkeit wird häufig durch die zunehmend komplexe Einrichtung und Verwaltung des Netzes beeinträchtigt.

Bluetooth und BLE

Bluetooth ist eine Kurzstrecken-Kommunikationstechnologie, die in der Kategorie der drahtlosen persönlichen Netzwerke definiert wurde und auf dem Verbrauchermarkt gut positioniert ist. Bluetooth Classic war ursprünglich für den Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Multipunkt-Datenaustausch (bis zu sieben Slave-Knoten) zwischen Verbrauchergeräten gedacht. Bluetooth Low-Energy wurde später eingeführt, um kleine IoT-Anwendungen für Verbraucher zu ermöglichen.

BLE-fähige Geräte werden meist in Verbindung mit elektronischen Geräten verwendet, typischerweise Smartphones, die als Knotenpunkt für die Übertragung von Daten in die Cloud dienen. Heutzutage ist BLE in Fitness- und medizinischen Wearables (z. B. Smartwatches, Blutzuckermessgeräte, Pulsoximeter usw.) sowie in Smart-Home-Geräten (z. B. Türschlösser) weit verbreitet, wobei die Daten bequem an Smartphones übermittelt und auf diesen visualisiert werden.

Die Veröffentlichung der Bluetooth Mesh-Spezifikation im Jahr 2017 zielt darauf ab, einen skalierbareren Einsatz von BLE-Geräten zu ermöglichen, insbesondere im Einzelhandel. BLE-Beacon-Netzwerke bieten vielseitige Funktionen zur Lokalisierung in Innenräumen und wurden bereits genutzt, um neue Service-Innovationen wie die Navigation in Geschäften, personalisierte Werbeaktionen und die Bereitstellung von Inhalten zu ermöglichen.

Wi-Fi muss praktisch nicht erklärt werden, da es eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Datenübertragungen mit hohem Durchsatz sowohl in Unternehmen als auch in privaten Umgebungen spielt. Im Bereich des Internet der Dinge (IoT) ist die Technologie jedoch aufgrund ihrer erheblichen Einschränkungen in Bezug auf Abdeckung, Skalierbarkeit und Stromverbrauch weit weniger verbreitet.

Aufgrund des hohen Energiebedarfs ist Wi-Fi oft keine praktikable Lösung für große Netzwerke batteriebetriebener IoT-Sensoren, insbesondere in industriellen IoT- und intelligenten Gebäudeszenarien. Stattdessen eignet es sich eher für die Verbindung von Geräten, die bequem an eine Steckdose angeschlossen werden können, wie z. B. Smart-Home-Gadgets und -Geräte, digitale Beschilderungen oder Sicherheitskameras.

Wi-Fi 6 – die neueste Wi-Fi-Generation – bringt eine stark verbesserte Netzwerkbandbreite (d. h. <9,6 Gbit/s) mit sich, um den Datendurchsatz pro Nutzer in überlasteten Umgebungen zu verbessern. Damit ist der Standard in der Lage, die öffentliche Wi-Fi-Infrastruktur zu verbessern und das Kundenerlebnis mit neuen digitalen mobilen Diensten im Einzelhandel und in der Massenunterhaltung zu verändern. Darüber hinaus wird erwartet, dass Netzwerke in Fahrzeugen für Infotainment und On-Board-Diagnose der wichtigste Anwendungsfall für Wi-Fi 6 sein werden. Die Entwicklung wird jedoch wahrscheinlich noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

RFID

Radio Frequency Identification (RFID) nutzt Funkwellen, um kleine Datenmengen von einem RFID-Etikett an ein Lesegerät innerhalb einer sehr kurzen Entfernung zu übertragen. Bislang hat die Technologie eine große Revolution im Einzelhandel und in der Logistik ermöglicht.

Durch die Anbringung von RFID-Etiketten an allen möglichen Produkten und Geräten können Unternehmen ihre Bestände und Vermögenswerte in Echtzeit verfolgen, was eine bessere Lager- und Produktionsplanung sowie ein optimiertes Lieferkettenmanagement ermöglicht. Neben der zunehmenden Verbreitung des IoT hat sich RFID auch im Einzelhandel etabliert und ermöglicht neue IoT-Anwendungen wie intelligente Regale, Selbstbedienungskassen und intelligente Spiegel.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jede IoT-Vertikale und -Anwendung ihre eigenen, einzigartigen Netzwerkanforderungen hat. Die Wahl der besten Drahtlostechnologie für Ihren IoT-Anwendungsfall bedeutet eine genaue Abwägung der Kriterien in Bezug auf Reichweite, Bandbreite, QoS, Sicherheit, Stromverbrauch und Netzwerkmanagement.