NB-IoT und LoRaWAN werden LPWAN-Netze dominieren

Derzeit existieren verschiedene drahtlose Verbindungsoptionen für das Internet der Dinge: Von Wi-Fi und Bluetooth bis hin zu SigFox, LTE CAT-M1 und RPMA. Zwei sind so aufgestellt, dass sie das Potenzial haben, den Markt zu dominieren: NB-IoT und LoRaWAN werden bis 2028 etwa 87 % aller LPWAN-Verbindungen ausmachen. Diese beiden drahtlosen Technologien arbeiten besonders energieeffizient. Das heißt: Inklusive ist eine verlängerte Batterielebensdauer. Gleichzeitig sind sie in der Lage, mit mehr angeschlossenen Geräten in einem größeren Bereich zu arbeiten.

LPWAN (Low Powered Wide Area Network) ist kein Standard und umfasst verschiedene Arten von Protokollen. Dazu gehören sowohl proprietäre als auch Open-Source-Protokolle, wie die oben genannten. Sie zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch und einen großen Abdeckungsbereich aus, der sich bestens für IoT-Anwendungen eignet. Zu den führenden LPWAN-Protokollen gehören die beiden Technologien NB-IoT und LoRaWAN, wie eine aktuelle Omdia-Umfrage zeigt.

NB-IoT zeigt sich als eine von dem Standardisierungsgremium 3GPP vorgeschlagene Alternative, die auf zellularen Netzwerken basiert. Laut der Studie von Omdia waren bis Ende 2022 mehr als 90 % der weltweiten NB-IoT-Verbindungen in China verortet. An anderen Standorten hat sich das NB-IoT-Protokoll hingegen nur langsam durchgesetzt. „Mit einem ausgereiften NB-IoT-Ökosystem, das durch staatliche Vorschriften vorangetrieben wird, wird China auch weiterhin der Haupttreiber des NB-IoT-Marktes sein. Aufgrund technischer Herausforderungen sind die gängigen NB-IoT-Anwendungsfälle auf stationäre Szenarien wie intelligente Zähler und vernetzte Räume in intelligenten Städten beschränkt“, kommentiert Shobhit Srivastava, Senior Analyst bei Omdia.

In Europa investieren Anbieter wie Telefónica und DT in die satellitengestützte NB-IoT-Konnektivität, um abgelegene Gebiete und tote Winkel mit Netz abzudecken. Man erwartet, dass staatliche Regularien, wie die der spanischen Verkehrsbehörde, das Wachstum von NB-IoT vor Ort vorantreiben werden.

Die von der LoRa Alliance vorgeschlagene LoRaWAN-Technologie hat über mehrere Jahre hinweg ein unbestreitbares Wachstum gezeigt – und an Dynamik und Reife gewonnen. „Dieser Erfolg dürfte sich auch in Zukunft fortsetzen: mit differenzierten Angeboten und einem Wertversprechen. Damit wird NB-IoT nur schwer mithalten können. Die unübertroffene Zugänglichkeit für IoT-Anwendungen hat LoRaWAN zu einer bevorzugten Wahl für kleine Entwickler, die Maker-Community und Over-the-Top (OTT) IoT-Netzwerke wie The Things Network gemacht“, ergänzt Srivastava.

Es gibt Hunderte von LoRaWAN-Netzbetreibern auf der ganzen Welt. Diese Verfügbarkeit erleichtert den Einsatz von IoT-Lösungen und erweitert die Reichweite der Technologie erheblich.

Eine Alternative

Bei der Vorstellung einer groß angelegten IoT-Implementierung, wie sie in intelligenten Städten oder in der Präzisionslandwirtschaft vorkommt, ist eine Frage im Zentrum: Welche LPWAN-Konnektivitätsoption ist die erste Wahl? Die Wi-SUN Alliance, eine 2011 gegründete Organisation, hat sich mit dieser Fragestellung auseinandergesetzt und versucht, Standards für Leistungspegel, Datenraten, Modulationen, Frequenzbänder und andere Variablen zu fördern. Ziel war es, auf diesem Wege die weltweite Entwicklung von drahtlosen Kommunikationsnetzen für große IoT-, Versorgungs- und Smart-City-Projekte zu unterstützen.

In diesem Kontext ist auch FAN (Field Area Network) von Relevanz: Die Wi-SUN FAN-Spezifikation, die 2016 angekündigt wurde, zielt auf robuste und sichere IoT-Anwendungen ab. Diese sollten aus Gründen der Interoperabilität mit international anerkannten offenen Standards arbeiten. In einem drahtlosen Mesh-Netzwerk sind auf der Grundlage des IEEE 802.15.4g-Standards mit anderen Technologielösungen kompatibel. FAN steht im genannten Fall für den geografischen Bereich, den ein Wi-SUN-Netzwerk abdeckt. Er kann die Größe einer Großstadt erreichen und birgt wertvolles Potenzial. SUN wiederum ist die Abkürzung für Smart Utility Network: Die Technologie eignet sich für ein breites Spektrum von Anwendungen jenseits von gängigen Hausanschlüssen. Dazu gehören kleinere Bereiche wie Industrie- und Geschäftsräume. Und zu Guter letzt: Das „Wi“ in Wi-SUN FAN leitet sich von Wi-Fi ab.

Im Gegensatz zu LoRaWAN- und NB-IoT-Netzwerken, die eine turm- oder sternförmige Topologie verwenden, sind Wi-SUN-Netzwerke in der Regel Mesh-basiert. Eine weitere Besonderheit: IoT-Geräte können mit ihren Nachbarn kommunizieren, wobei jeder als Leitung zur Basisstation dienen kann. Dieses Modell gewährleistet im Gegensatz zur sternförmigen Topologie mehrere und zusätzlich vorhandene Verbindungspfade. Außerdem übertragen Geräte in Mesh-Netzwerken Daten in der Regel über kurze Entfernungen, wodurch sie energieeffizient sind und somit eine längere Akkulaufzeit und gleichmäßigere Datenraten bieten.

Wie ist der Status quo? Ende 2002 kündigten die Wi-SUN Alliance und das Eldorado Institute die Eröffnung des ersten Labors an, das für die Prüfung und Zertifizierung von Produkten für Wi-SUN FAN in Nord- und Südamerika zugelassen ist. Die neue Einrichtung befindet sich in den Räumlichkeiten des Instituts in Campinas im Bundesstaat São Paulo. Ein interessanter Fakt: Das Wi-SUN FAN-Protokoll wurde bereits von brasilianischen Energieversorgern, darunter CPFL und Copel, übernommen.

Und wie schneidet die Technologie aktuell in Umfragen ab bzw. in welchen Branchen wird sie dringend benötigt? Laut einer kürzlich durchgeführten Erhebung der Wi-SUN Alliance steht die Energiesicherheit für 79 % der Befragten an erster Stelle der „spannendsten“ Bereiche für die Entwicklung intelligenter Dienste. Der Energiesektor befindet sich somit noch vor intelligenten Gebäuden und Infrastrukturen (75 %), wetterabhängigen Systemen (73 %) und sogar dem Katastrophenmanagement (69 %). Es bleibt abzuwarten, wie sich LoRaWAN und die einzelnen Protokolle entwickeln und in welchen Feldern sie künftig Anwendung finden werden.