Alle Innovationen im Bereich IoT, von Medizinprodukten über Industriegeräte bis hin zu Konsumgütern, benötigen einen integrierten Ansatz zur Optimierung von drahtlosen Technologie-Anwendungen. Das Hinzufügen einer zufälligen drahtlosen Verbindung wäre ein unnötiger Aufwand hinsichtlich Leistung und Kosten. Endgeräte werden in fast unbegrenzten Formen und Größen erhältlich sein, aber sie werden wahrscheinlich viele Gemeinsamkeiten haben: Kosten, dicht gefolgt von Größe und Gewicht. Aber alle diese Anforderungen könnten leicht durch das grundlegende Bedürfnis an eine geringe Leistungsaufnahme in den Schatten gestellt werden und unabhängig von den technischen Spezifikationen ist es notwendig, strategische Kompromisse einzugehen, um Ihre SWaP-C-Gleichung (Größe, Gewicht, Leistung und Kosten) während der Entwicklung erfolgreich zu lösen.

Das Herstellen des Gleichgewichts bei der SWaP-C-Gleichung wird in der Militär- und Luft- und Raumfahrtindustrie gut verstanden und ist auch im IoT anwendbar. Viele Endgeräte im IoT-Bereich werden voraussichtlich viele Jahre wartungsarm oder wartungsfrei arbeiten, einschließlich des Akkuwechsels. Da sie höchstwahrscheinlich eine Form der drahtlosen Konnektivität verwenden werden, wird die Wahl der drahtlosen Technologie ein wichtiger Teil der SWaP-C-Berechnungen darstellen. Unabhängig von den Spezifikationen des IoT-Produkts, das Ihr Unternehmen auf den Markt bringt, müssen Sie strategische Kompromisse eingehen, um Ihre SWaP-C-Gleichung erfolgreich zu lösen. Ein großer Teil hängt dabei davon ab, die Unterschiede zwischen drahtlosen Technologien zu verstehen und festzustellen, welche für Ihr Produkt die Richtige ist.

Diagramm des drahtlosen IoT-Stacks
Abbildung 1: IoT-Technologie mit drahtloser Konnektivität

Eine Fülle von drahtlosen Konnektivitätslösungen

Die Wahl der richtigen Wireless-Technologie für komplexere Produkte ist selten eine einfache Eins-zu-Eins-Angelegenheit. Anders ausgedrückt wird häufig eine Kombination aus unterschiedlich konfigurierten Wi-Fi-, Bluetooth-, LPWAN- und Mobilfunktechnologien benötigt. Betrachtet man es aus der Sicht eines einzelnen Knotens, wird die benötigte Leistung, um eine Nachricht an den Server des Netzwerks zu senden, effektiv auf alle Knoten verteilt, die aktiv am Netzwerk teilnehmen.

Zum Beispiel bei einer Größe eines selbstheilend arbeitenden Mesh-Netzwerks könnte eine Nachricht von mehreren Knoten aufgenommen und weitergeleitet werden, wobei in manchen Fällen unnötig Strom verbraucht wird. Dies ist typisch für drahtlose Netzwerktechnologien, die den Raum von PAN (Personal Area Network) und LAN (Local Area Network) einnehmen und eine Mesh-Topologie wie Bluetooth und ZigBee verwenden. Wir wissen zwar, was das ist, aber die Reichweite der Wi-Fi-Netzwerke ist oft durch ihre Frequenz, ihre Sendeleistung, ihren Antennentyp, ihren Standort und ihre Umgebung zu eingeschränkt. Während Wi-Fi gut etabliert ist, ist Wi-Fi 6 die nächste Generation dieser Technologie und bietet bahnbrechende Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Produkte. Mehr dazu ist in meiner vorherigen SCMR-Spalte beschrieben.

Dies ist weniger charakteristisch für drahtlose WAN-Technologien wie Mobilfunk und LPWA (Low Power Wide Area), die zur Übertragung über Kilometer statt nur ein paar Meter wie PANs und LANs ausgelegt sind. Dazu gehören für das lizenzierte Spektrum entwickelte Technologien wie LTE-M und NB-IoT sowie LPWAs, die im nicht lizenzierten Spektrum betrieben werden, wie Sigfox und LoRaWAN.

Eigenschaften
und Spezifikationen
PANLANWAN
BLE/Bluetooth 5ZigBeeWi-Fi5GNB-IoTLTE-MSigfoxLoRa
Netzwerkgrößebis zu 750 m<30 m<=100 m500 m – 10 km>15 km>10 km>15 km>10 km
Modulgewicht0,3 g-2 g2-4 g3-6 g4-5 g2-3 g2-3 g2-3 g2-3 g
Energieeffizienz~10 Jahre6-12 Monate<10 Tage<10 Tage~10 Jahre~10 Jahre10-20 Jahre10-20 Jahre
ModulkostenSehr geringGeringMittelSehr hochGeringGeringSehr geringGering

Die Schaffung und der Betrieb eines Mobilfunknetzes im lizenzierten Spektrum sind teuer, sodass die Entwicklung von Lösungen wie LTE-M und NB-IoT zumindest in den frühen Phasen der Bereitstellung kostenbedingt ausgeschlossen werden könnte. Ebenso könnten Netzwerke, die sich auf viele lokale Knoten stützen, um Konnektivität und mehr Reichweite zu gewährleisten (Bluetooth, ZigBee), auch die Gesamtbetriebskosten erhöhen, insbesondere wenn es sich um große Gebiete bzw. große Entfernungen handelt.

Die von Sigfox und LoRaWAN vorgestellten Lösungen versuchen, diese Einschränkungen zu überwinden, indem sie Konnektivität mit großer Reichweite (mehrere Kilometer) für Nachrichten mit geringer Bandbreite (einige Byte) bei sehr geringer Leistung (Betriebsjahre mit einem einzigen Akku) anbieten, ohne dass dafür die Verantwortung besteht, Netzbetreiber zu werden. Während sie im herkömmlichen Sinne nicht als Mobilfunknetzwerke betrachtet werden können, erfordern LPWANs, die im lizenzfreien Spektrum arbeiten, eine Abdeckung durch Basisstationen.

Wir wissen, dass sich diese Technologien überschneiden können, aber die geeigneten Technologien und die geeignete Konfiguration für jede davon, um die Leistung und die SWaP-C-Aspekte zu optimieren, sind je nach Anforderungen der Anwendungsfälle und dem Wert, den bestimmte Funktionen Ihrem Zielmarkt bieten können, unterschiedlich. Die Frage nach der Art von drahtlosen Technologien und der Kombinationen sind nur ein Teil eines größeren Puzzles. Es sei erwähnt, dass jede Konnektivitätslösung ihre Vor- und Nachteile hat, und natürlich gibt es kein „Universalprodukt“. Vielmehr ist es wichtig, die Vielfalt der verfügbaren Optionen und andere Faktoren zu verstehen, welche sich auf die Entscheidung auswirken, wie Datenübertragungsgeschwindigkeiten, Latenz, Mobilität, Reichweite, Abdeckung, Sicherheit usw. Darüber hinaus werden sich die Anforderungen an die zugrunde liegenden Anwendungsfälle einer IoT-Anwendung während ihres Lebenszyklus wahrscheinlich ändern, da die Mengen oder die Auswahl der von Maschinen usw. gesammelten Daten möglicherweise angepasst werden müssen, sobald die Muster analysiert wurden.

Für ein umfassendes Verständnis von drahtlosen Konnektivitätslösungen und deren Anwendungsfälle lesen Sie unser Whitepaper mit dem Titel „Drahtlose Konnektivitätslösungen für das IoT“.

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