SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
Narrowband-IoT
Narrowband-IoT ist die neue
standardisierte Technologie
für Ihre IoT-Projekte.
The future is exciting.
Ready?
Narrowband-IoT:
Internet of Things
Zusammenfassung
Mit diesem Whitepaper bekommen Sie einen Überblick über Narrowband-IoT (NB-IoT).
Diese Kommunikationstechnologie ist die Grundlage für das Maschinen-Netz der Zukunft.
Industrielle Qualität ist der zentrale Bestandteil von NB-IoT. Sie macht IoT massentauglich
und erweitert die Möglichkeiten des Internet of Things.
Was ist NB-IoT?
Narrowband IoT ist eine Technologie, die das „Internet of Things“ (IoT) verändern wird. Sie basiert auf Low Power
Wide Area (LPWA), einer drahtlosen Kommunikationstechnologie, die bestimmte Anforderungen voraussetzt:
geringer Energieverbrauch der Geräte, Übertragung kleinerer Datenmengen auf längeren Distanzen sogar unter der
Erde, und optimale Stabilität und Zuverlässigkeit bei der IoT-Kommunikation. Zur Erfüllung dieser LPWA-
Anforderungen wurde eine Reihe verschiedener Technologien entwickelt, unter anderem auch NB-IoT. Somit ist NB-
IoT eine 3GPP-standardisierte Kommunikationstechnologie, die Merkmale von LPWA erfüllt. Dieser neue 3GPP-
Standard bietet die Möglichkeit, Dinge zu verbinden, die zuvor nicht verbunden werden konnten. Sie bietet
bestmögliche Sicherheit bei der Daten-Übertragung durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Das lizensierte Spektrum
garantiert eine qualitativ hochwertige Übertragung der Daten. Wir sind überzeugt, dass vor allem NB-IoT den
massentauglichen Einsatz von IoT ermöglichen wird.
LPWA-Technologien haben folgende Merkmale:
Ausgezeichnete Gebäude-
Durchdringung mit einer besseren
Netzabdeckung um 20dB.
Hohe Energieeffizienz durch
geringen Energieverbrauch. Eine
Batterieladung läuft über 10 Jahre.
Massive Skalierbarkeit, denn
Millionen Geräte können in nur
einem System vernetzen werden.
Modul und Hardwarekosten
sinken auf unter 10$.
Geringe Bandbreite, da ein Gerät
wenige Bytes/Tag übermittelt.
Mehr zu LPWA, NB-IoT und Konkurrenztechnologien finden Sie auf Seite 4.
Narrowband-IoT 2 2017
Zusammenfassung
Das IoT entwickelt sich rasant weiter. Es erfordert hohe Effizienz und flexible
Skalierbarkeit der Kommunikation. NB-IoT erfüllt beide Anforderungen: hervorragende
Reichweite, eine hohe Durchdringung und eine lange Batterielebensdauer zum niedrigen
Preis.
1 Technologie in Industriequalität
• Netzabdeckung überall: NB-IoT bietet eine gute
Netzabdeckung in schwierigen Umgebungen, die für
LPWA-Anwendungsfälle prädestiniert sind. Wie bei 3G
und 4G werden lizenzierte Frequenzbänder genutzt.
NB-IoT wird so kaum durch Störungen beeinträchtigt.
• Schnellerer Datendurchsatz ohne
Nutzungsbeschränkungen: Für NB-IoT gibt es keine
rechtlichen Einschränkungen, z.B. wie oft jedes Gerät
Daten übertragen (Duty Cycle) muss. Und es muss auch
nicht zwangsläufig pausieren. Das schont den
Energieverbrauch und erleichtert die
Planungssicherheit für die Zukunft.
• Flexible Energieverwaltung für eine
Betriebsdauer von mehr als 10 Jahren: Trotz der
hohen Netzabdeckung und starken Leistung bietet
NB-IoT eine vergleichbare Batterielaufzeit zu anderen
LPWA-Technologien. Das liegt u.a. an den innovativen
Stromsparmodi. Sie übertragen die Daten (Chatter)
übers Netz besonders effizient.
• Einfache Designs für Kosteneffizienz: NB-IoT ist auf
die Minimierung der Hardware-Kosten ausgelegt. Dies
gilt sowohl für die Kosten der Chips als auch für die
Kosten der Antennen und Sensoren. Die Kosten sinken
laut ersten Prognose auf unter 2 $ in den nächsten
Jahren.
Weitere Infos, finden Sie auf Seite 6.
2 Anwendung in der Praxis
• Für Netzbetreiber schnell und flexibel
bereitzustellen: NB-IoT kann über
Softwareupgrades innerhalb des bestehenden
LTE-Netzes aktiviert werden. Somit ist es nicht
nötig, ein neues Netz aufzubauen.
• Breite Marktunterstützung als offener 3GPP-
Standard: NB-IoT ist ein offener Standard. Er wird von
vielen Netzbetreibern und Hardware-Herstellern
unterstützt. NB-IoT ist stark skalierbar und auf dem
Weg, sich langfristig weltweit durchzusetzen.
• Einfache Integration in herkömmliche
Ökosysteme der Mobilfunktechnik: In vielerlei
Hinsicht verhält sich NB-IoT wie LTE und ist für
Netzwerktechniker, Anwendungs- und
Hardwareentwickler eine vertraute Technologie.
Weitere Infos, finden Sie auf Seite 10.
3 Sicher und verfügbar
• LPWA-Sicherheit: Selbst die einfachsten vernetzten
Geräte können Unterbrechungen in den
Geschäftsprozessen verursachen, wenn es zu
Störungen in ihrer Kommunikation kommt. Sicherheit
ist entscheidend.
• Andere proprietäre1
LPWA-Technologien bieten
keine ausreichende Sicherheit: Während der
Datenverkehr bei LoRa verschlüsselt wird, erfolgt bei
Sigfox keine Verschlüsselung. Beide Technologien sind
dennoch anfälliger für die der Unterdrückung der
Kommunikation durch Funkstörungen (Jamming).
• NB-IoT basiert auf der Authentifizierung und
Verschlüsselung von LTE: NB-IoT authentifiziert Netz
und Gerät gegenseitig. Und es verschlüsselt den
Datenverkehr zwischen dem Gerät und dem Kernnetz.
Die sichere und verschlüsselte Datenübertragung der
Geräte findet mittels Anmeldung im Funknetz mit
individueller Geräteidentität statt.
Weitere Infos, finden Sie auf Seite 14.
1 Basiert auf nicht öffentlichen Standards
Narrowband-IoT 3 2017
Die Vorteile von NB-IoT im Überblick
Stromverbrauch
Warum LPWA-Technologien eine
wichtige Rolle spielen
Große IoT-Projekte haben spezifische Konnektivitätsanforderungen
Die richtige Konnektivität kann entscheidend sein für den Erfolg oder Misserfolg Ihres IoT-Projekts. Wir sind überzeugt, dass
NB-IoT die richtige Wahl für die meisten LPWA-IoT-Anwendungsfälle ist, da der Großteil aller IoT-Anwendungen die
gleichen grundlegenden Anforderungen an die Konnektivität aufweisen. Ob intelligente Wasserzähler, vernetzte
Landwirtschaft, intelligente Städte oder smarte Logistiksysteme. All diese verbundenen Geräte benötigen
folgende Eigenschaften:
• Lange Laufzeiten im Einsatzgebiet:
Bodenzustands-Überwachungsgeräte in der
Präzisionslandwirtschaft werden oft ohne Zugang
zum Strom eingesetzt. Dies erfordert eine gleich
lange Betriebslebensdauer für Batterien und Geräte.
Das kann ein Jahrzehnt oder sogar noch länger sein.
• Tiefe Netzabdeckung: Geräte, wie Wasser- und
Gaszähler, werden unter Umständen in ländlichen
Gebieten eingesetzt z.B. unter Kanaldeckeln oder in
Gebäudekellern. Die Netzverbindung muss eine starke
Durchdringung und eine große Reichweite aufweisen.
• Skalierbarkeit zu geringen Kosten: Rauch- und
Feuermelder oder intelligente Mülleimer werden in
Massen eingesetzt. Geräte- und Verbindungskosten
müssen niedrig sein. Die Netze müssen eine hohe
Gerätedichte unterstützen und gleichzeitig QoS (Quality
of Service) garantieren.
• Geringe Bandbreite: Einige Geräte senden wenige
Bytes pro Tag, z.B. übermitteln intelligente
Parksensoren nur dann ein Ping-Signal ans Netz,
wenn ein Parkplatz frei wird. Hier müssen keine
Sprach- oder Duplex-Datenübertragungen unterstützt
werden.
Kein konventioneller Kommunikationsstandard erfüllt diese
Kriterien. Drahtgebundene Verbindungen sind ideal für IoT-
Bereitstellungen in Gebäuden und Büros. Sie kommen aber
für Geräte im Feldeinsatz nicht in Frage, weil es keine Kabel
oder keinen Strom gibt. Einige drahtlose Technologien, z.B.
WLAN, Bluetooth oder Zigbee, haben nicht die notwendige
Reichweite für umfangreiche Bereitstellungen. Andere
Technologien, z.B. 3G und 4G, haben zwar eine Reichweite
von mehreren Kilometern, sind aber auf einen hohen
Datendurchsatz ausgelegt. Dadurch sind sie teuer und
brauchen viel Energie. Ein typisches 4G-IoT-Modul kostet ca.
40 $ - Es hat eine Batterielaufzeit von weniger als einem Jahr.
Für eine Anwendung, z.B. einen intelligenten Parksensor, ist
es nicht geeignet.
Machina Research hat festgestellt,
dass es mit Stand Juni 2016 über 40
Millionen aktive LPWA-Endpunkte gab.
Und sagt voraus, dass LPWA-
Technologien 2024 über die Hälfte alle
drahtlosen IoT-Verbindungen
ausmachen werden.
Was ist LPWA?
Für die oben beschriebenen Anwendungen wird eine
drahtlose Technologie mit geringem Energiebedarf,
geringen Kosten und großer Reichweite benötigt. Dies ist
einer der Gründe für die Entwicklung von LPWA (Low-Power
Wide-Area). LPWA unterliegt keiner genauen Definition.
Nach einer Faustregel soll ein LPWA-Gerät eine Lebensdauer
von 10 Jahren im Feldeinsatz gewährleisten und eine
Verbindung von bis zu 10 km zur Basisstation herstellen
können. Außerdem soll das Modul unter 10 $ kosten und
weniger als 10 Byte pro Stunde übertragen. Jede Funkzelle
bzw. Basisstation sollte über 10.000 Geräte unterstützen
können.
WLANs
Wi-Fi
HiperLAN
Drahtlos mit
kurzer
Reichweite
Bluetooth IEEE
802.15.4
ZigBee
Z-Wave
Mobilfunk
2G, 3G, 4G
Low Power Wide Area (LPWA)
10 m 100 m 1 km 10 km
Reichweite
Narrowband-IoT
4
2017
LPWA-Technologien im Überblick
Um diese oder ähnliche Kriterien zu erfüllen, werden viele
verschiedene Technologien entwickelt. Gefördert von
Privatunternehmen, Konsortien, Normungsgremien und
Allianzen. Weightless, DASH 7, 802.11ah, Ingenu, LTE-M,
EC-GSM-IoT – diese und viele andere Technologien
kämpfen aktuell stark um Marktanteile. Sie nutzen oft
unterschiedliche Konzepte, um möglichst alle Kriterien
für LPWA-Anwendungsfälle erfüllen zu können, wie z.B.
Verwendung eines offenen Standards oder der Aufbau
von proprietären Technologie-Stacks.
Allerdings haben sich einige Technologien, insbesondere
Sigfox, LoRa und NB-IoT, als Spitzenreiter bei LPWA
bewährt. Diese werden in mehreren öffentlichen Projekten
eingesetzt und haben eine ausreichende technische Reife
mit hinreichender Marktunterstützung. So werden diese
Technologien von Unternehmen, die LPWA-IoT-Projekte
entwickeln, bereits angewandt.
Welche ist die richtige Technologie für die
Konnektivitätsanforderungen Ihres LPWA-Projekts? Und
welche ist die sicherste Option, auf die Ihr Unternehmen
langfristig setzen sollte? Schließlich basieren Ihre
Geschäftsszenarien auf Geräten, die Sie ein Jahrzehnt oder
länger im Einsatz betreiben werden.
Wir haben alle LPWA-Technologien geprüft, die
zurzeit in der Entwicklung sind. Und uns für NB-IoT
entschieden. Aus der Überzeugung heraus, dass
globale Standardtechnologien zukünftig die beste
Möglichkeit sind, um Sicherheit, Interoperabilität,
Skalierbarkeit, Quality of Service (QoS) und
Langlebigkeit zu garantieren. Speziell NB-IoT ist auf
LPWA-Anforderungen ausgelegt.
LPWA-Standards
3GPP DASH7 Alliance ETSI IEEE IETF LoRa Alliance Weightless SIG
Enhanced MTC
(eMTC)
DASH 7 Low Throughout
Networks (LTN)
802.15.4k 6LPWA/LP-WAN LoRaWAN Weightless-
W/N/P
Extended
Coverage GSM IoT
(EC-GSM-IoT)
802.15.4g
NarrowBand-IoT
(NB-IoT)
802.11: Long
Range Low Power
(LRLP)
NB-IoT kurz zusammengefasst
NB-IoT ist eine von 3GPP entwickelte Spezifikation. Sie wurde im Rahmen des 3GPP-Release 13 im Juni 2016
standardisiert. Es handelt sich dabei um eine Mobilfunktechnologie, die auf LTE basiert. Sie wurde für LPWA-
Anwendungen entwickelt. Bei ihr werden lizenzierte Frequenzen in einer Vielzahl möglicher Frequenzbänder
genutzt. NB-IoT bietet gegenüber GSM eine um 20 dB bessere Netzabdeckung und eine Betriebsdauer von 10 bis 15
Jahren mit einer einzigen Batterie oder Akkuladung. Außerdem sind geringe Gerätekosten und Kompatibilität mit der
vorhandenen Mobilfunknetz-Infrastruktur ein weiterer Vorteil. Einschließlich eines hohen Sicherheitsstandards wie
ihn auch LTE bietet. NB-IoT kann in verschiedenen Frequenzbändern eingesetzt werden. Es braucht ein
eigenständiges Netz mit einer Bandbreite von nur 200 kHz.
Narrowband-IoT 5
2017
1 Technologie in Industriequalität
LPWA soll die größtmögliche Netzabdeckung bei geringstmöglichem Stromverbrauch
und zu den niedrigsten Kosten bieten. Zugleich wird ein ausreichend hoher
Datendurchsatz gewährleistet. Wir haben NB-IoT mit LoRa und Sigfox verglichen.
LoRa Sigfox NB-IoT
Netzabdeckung 160 dB 157 dB 164 dB
Technologie Proprietär Proprietär Open LTE
Frequenz Lizenzfrei Lizenzfrei Lizenziert (LTE/alle)
Duty Cycle-Einschränkungen Ja Ja Nein
Einschränkungen für
Ausgangsleistung
Ja
(14 dBm = 25 mW)
Ja
(14 dBm = 25 mW)
Nein
(23 dBm = 200 mW)
Downlink-Datenrate <0,1 kbit/s <10 kbit/s 0,5 – 200 kbit/s
Uplink-Datenrate <0,1 kbit/s <10 kbit/s 0,3 – 180 kbit/s
Batterielaufzeit (200 Byte/Tag) Über 10 Jahre Über 10 Jahre Über 15 Jahre
Modulkosten <10 $ (2016) <10 $ (2016) 6 $ (2017) bis <2 $ (2020)
Sicherheit Gering Gering Sehr hoch
Abb. 1 Wichtige technische Spezifikationen für NB-IoT (aus R1-157741, „Summary of NB-IoT evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov.
2015), Sigfox und LoRa (aus „LoRaWAN: a technical overview of LoRa and LoRaWAN“, LoRa Alliance, Nov. 2015).
1.Tiefere Netzabdeckung in schwierigen Einsatzgebieten
Bei LPWA-Bereitstellungen werden Geräte oft in einem
großflächigen Gebiet an Stellen installiert, die sich für ein starkes
Funksignal nicht gut eignen. Geräte werden unter Umständen im
Untergrund, tief in Gebäuden oder in ländlichen Gebieten
installiert, die weit entfernt vom nächsten Mast liegen.
Eine Kommunikationstechnologie mit besserer
Netzabdeckung bedeutet nicht nur, dass Geräte in
Randbereichen der Funkzellen auch unter schwierigen
Bedingungen viel eher eine Netzverbindung herstellen
können. Sondern auch, dass jedes Gerät mit mehr
Datendurchsatz kommunizieren kann. Und so das Netz zur
Abdeckung eines gegebenen Gebiets daher mit weniger
Basisstationen, Gateways, Repeatern und Signalverstärkern,
auskommt.
Die maximale Pfaddämpfung ist eine Vergleichsmöglichkeit zur
Bewertung der Leistung einer Verbindung unter Berücksichtigung
von Dämpfung und anderer Verluste. Sie liefert uns eine einfache
Möglichkeit, verschiedene Funkkommunikationstechnologien fair
zu vergleichen. Abbildung 1 zeigt die maximale Pfaddämpfung für
NB-IoT, LoRa und Sigfox.
NB-IoT bietet eine bessere Netzabdeckung als alternative LPWA-
Technologien. Außerdem im Vergleich zum konventionellen
GSM/GPRS einen enormen Gewinn von 20 dB. Das entspricht
einer 7-fachen Steigerung der Netzabdeckung. In unseren
Praxistests hat sich gezeigt, dass NB-IoT 2 bis 3 zusätzliche
doppelte Ziegelwände durchdringt. Das ermöglicht eine
zuverlässige Konnektivität von Geräten in Tiefgaragen und
Kellern.
157 dB 160 dB 164 dB
Abb. 2
Sigfox
NB-IoT liefert eine enorme Steigerung der
Netzabdeckung.
LoRa NB-IoT
Narrowband-IoT 6 2017
2.Schnellerer Datendurchsatz ohne Duty Cycle-Einschränkungen
Viele LPWA-Anwendungsfälle erfordern nur eine minimale Bandbreite. Stattdessen hat die Netzabdeckung und die
Energieeffizienz oberste Priorität. Unter sonst gleichen Bedingungen hat es auch Vorteile, mehr Bandbreite zu nutzen. Sie
gibt Ihnen mehr Freiraum, die Nutzung Ihrer Technologie in den kommenden Jahren weiterzuentwickeln. Noch wichtiger:
Sie sorgt auch dann für eine ausreichende Leistung, wo große Reichweiten gebraucht werden.
NB-IoT hat einen theoretischen Bandbreitenvorteil gegenüber Sigfox und LoRa. Denn die Downlink-Raten liegen bei bis zu
235 kbit/s bei eigenständiger Bereitstellung. Im Vergleich dazu liegt die maximale Datenrate von LoRa bei 27 kbit/s. In den
äußersten Grenzbereichen der Netzabdeckung, mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von -12,6 dB, überträgt eine
eigenständige Bereitstellung von NB-IoT 3 kbit/s im Downlink, s. Abbildung 3. Es gibt also einen erheblichen
Geschwindigkeitsabfall aufgrund von Wiederholungen. Überträgt man die gleiche Art der Signalabschwächung auf eine
langsamere Technologie, wie Sigfox und LoRa, fallen die Datenübertragungsraten auf nahezu 0.
Gut Zellenrand
Tiefe
ANetzabdeckung
Extreme
NNetzabdeckungNetzabdeckung+1
0 dB
Netzabdeckung
+20 dB
SRV > 7,4 dB SRV = 7,4 dB SRV = -2,6 dB SRV = -12,6 dB
Downlink (kbit/s) 235 75 34 3
Abb. 3 Downlink-Durchsatz von NB-IoT bei verschiedenen Stufen der Netzabdeckung (aus R1-157741, „Summary of NB-IoT
evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov. 2015).
Die wichtigste Bandbreitenbeschränkung bei LoRa und Sigfox besteht darin, dass sie in den lizenzfreien Frequenzbändern
hinsichtlich des Duty Cycle großen rechtlichen Einschränkungen unterliegen. Und zwar des Prozentsatzes der Zeit, die ein
Kanal im Netzwerk aktiv belegt werden darf. Die Duty Cycle-Einschränkungen liegen üblicherweise bei 1 %.
Wie wirkt sich das auf die tatsächliche Datenübertragung mit Sigfox aus? Eine Sigfox-Nachricht hat einen maximalen
Nutzinhalt von 12 Byte. Ihre Übertragung dauert 6 Sekunden. Bei einem Duty Cycle-Maximum von 1 % kann ein Sigfox-Gerät
bis zu 144 Nachrichten pro 24-Stunden-Zeitraum senden. Das entspricht einem täglichen Datenmaximum von ca. 1,6 KB.
Bei der normalen Nutzung, bei der ein Gerät lediglich täglich eine Datenmenge mit wenigen Bytes, z.B. Statusmeldungen,
senden soll, ist das kein Problem. Doch es ist ein limitierender Faktor in Zeiten hoher Aktivität. Gerade dann, wenn ein
hoher Prozentsatz von Datenpaketen aufgrund von Störungen nochmal gesendet werden muss. Oder wenn unter
außergewöhnlichen Umständen, z.B. beim Schließen einer Sicherheitslücke, neue Firmware an ein Gerät übertragen wird.
Hohe Netzlast verursacht Störungen bei LoRa
Wie bei allen Funknetzen lässt die Leistung von LoRa nach, je weiter sich die Funkmodule vom Gateway oder der
Basisstation entfernen. Bei LoRa beginnt die Leistung bei rund 2 km spürbar abzunehmen. LoRa und Sigfox operieren
in lizenzfreien ISM-Bändern bei 868 MHz (in Europa) und 902 MHz (in den USA). Diese Frequenzbänder sind durch
Einschränkungen für den Duty Cycle und die Ausgangsleistung reguliert. Darüber hinaus arbeiten verschiedene
andere Geräte, wie drahtlose Alarmanlagen und Fernbedienungen, ebenfalls in diesem Band. Diese Faktoren haben
erhebliche Auswirkungen auf die Leistung (siehe Ofcom-Endbericht, „Short Range Devices operating in 862–686
MHz band“, Ovum, Aug. 2010). Problematischer hingegen ist, dass der Durchsatz von LoRa ebenfalls dramatisch
abnimmt, wenn das Netz überfüllt und überlastet ist. Sein einfaches Datenverkehrsmanagement führt zu einem
starken Verlust von Datenpaketen infolge von Kollisionen und Störungen. Das wird zu einem großen Problem, wenn
mehr als nur einige Hundert Geräte kommunizieren. Dabei ist eins der kennzeichnenden Merkmale von LPWA die
Skalierbarkeit auf Millionen von Geräten. NB-IoT ist auf 100.000 bis 200.000 Geräte pro 200-kHz-Netzbetreiber in
einer Funkzelle ausgelegt. Sigfox dagegen soll bis zu 1 Million Geräte pro Access-Point unterstützen.
Narrowband-IoT 7 2017
3.Flexible Energieverwaltung für eine Betriebsdauer von bis zu 15 Jahren
Alle LPWA-Technologien sind von ihrem Design her auf hohe Energieeffizienz ausgelegt. Die tatsächliche
Batterielaufzeit hängt von der Stärke des Netzempfangs des Geräts ab. Und von der Menge der Daten, die es jeden
Tag überträgt. Doch die meisten LPWA-Geräte halten gut 10 Jahre mit einer Akkuladung durch. Selbst unter
Berücksichtigung der Selbstentladung und anderen Faktoren.
NB-IoT schneidet hier deutlich besser ab. Es kann nach unseren statistischen Modellen selbst ganz am Rand der
Funkzelle problemlos eine Laufzeit von rund 15 Jahren erreichen siehe Abbildung 4.
Laufzeit in Jahren für
eine Batterie mit 5
Wattstunden:
Zellenrand
(144 dB MCL)
Tiefe
Netzabdeckung
(154 dB MCL)
Extreme
Netzabdeckung
(164 dB MCL)
50 Byte/Tag 36,7 33,1 20
200 Byte/Tag 36,3 29,729,7 14,214,2
Abb. 4 Geschätzte Batterielaufzeit (in Jahren) für verschiedene Stufen der Netzabdeckung und Datenvolumen. Quelle: R1-
157741, „Summary of NB-IoT evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov. 2015.
Es gibt viele Möglichkeiten, den Stromverbrauch zu reduzieren und derartige Laufzeiten zu erreichen. Am
einfachsten ist es, das Gerät im Leerlauf- oder Tiefschlafmodus zu halten. So verbraucht es keinen Strom, um
zwischen den eigentlichen Übertragungen mit dem Netz zu kommunizieren. Die Energieverwaltung ist die
richtige Balance zwischen Nachrichtenhäufigkeit, Schlafzyklen des Geräts und Anforderungen des
Geschäftsszenarios.
NB-IoT hat 2 Stromsparfunktionen, die zusammen die Leistung und Effizienz maximieren: Extended
Discontinuous Reception (eDRX) und Power Saving Mode (PSM).
Wenn Geräte mit dem Netz verbunden sind, sendet das Netz auf seinen Steuerkanälen regelmäßig Paging-
Nachrichten. Die Geräte horchen und reagieren darauf. In der Regel werden die Nachrichten mindestens alle
paar Sekunden gesendet. So erhält das Netz genaue Informationen über die verbundenen Geräte. Das geht zu
Lasten der Batterielaufzeit, denn die Geräte sind immer aktiv. Zur Effizienzsteigerung lässt der Power Saving
Mode (PSM) die Geräte bis zu 310 Stunden lang in einen Tiefschlafzustand eintreten. Erst danach wachen sie
auf, um das Netz auf den neuesten Stand zu bringen. Und für eine kurze Zeit auf Paging-Signale zu horchen,
bevor sie wieder in den Schlafmodus gehen. Während des Tiefschlafmodus ist das Gerät nicht erreichbar.
Extended Discontinuous Reception (eDRX) verlängert den Paging-Intervallzyklus auf fast 3 Stunden. Dadurch
werden unnötige Empfängeraktivierungen vermieden. Trotzdem kann das Netz das Funkmodul bei Bedarf
erreichen.
LTE-M: zusätzliche Bandbreite für anspruchsvollere Anwendungsfälle
Für Anwendungen, bei denen eine größere Bandbreite als bei NB-IoT gebraucht wird, wurde mit 3GPP-
Standards eine weitere LPWA-Technologie definiert: LTE-M, auch bekannt als LTE Cat M1. LTE-M ist in
seinen Bereitstellungsmodellen weniger flexibel. Und es hat eine schwächere Netzabdeckung. Dafür bietet
es eine bis zu 5-mal höhere Downlink-Datenrate. NB-IoT und CAT-M sind einander ergänzende
Kommunikationstechnologien, die uns in unseren LTE-Netzen unterstützen kann. Wir haben in unseren
Netzen zunächst den Einsatz der NB-IoT-Technologie priorisiert. So konnten wir dem unmittelbaren Bedarf
nach Anwendungen mit geringem Energiebedarf und tiefer Durchdringung gerecht werden. Sie wurden in
der Vergangenheit durch die Mobilfunkkonnektivität nicht bedient.
Narrowband-IoT 8 2017
South East Water: Netzabdeckung im Untergrund
NB-IoT wird in Australien bei South East Warter getestet. Es werden Regewassertanks
und deren Fluss in Leitungen überwacht. Zudem wird der unbefugte Zutritt zu
Abwasserkanälen, Parkplätzen und anderen Standorten verhindert. South East Warter
möchte die Leistung, den Anlagenzustand und das Fehlermanagement in seinen
Netzen in Echtzeit analysieren. Da viele der Überwachungssensoren unter
Kanaldeckeln und im Untergrund installiert werden, ist das der ideale Beleg für die
hohe Signalstärke von NB-IoT.
4.Einfache Designs für Kosteneffizienz
Eines der Hauptargumente für Sigfox und LoRa ist die Tatsache, dass Technologien der GSM-Familie im
Allgemeinen komplex sind. Doch NB-IoT wurde aus einer mobilfunktechnischen Ausgangsposition heraus
entwickelt. Es soll viele der Faktoren minimieren, die in der Vergangenheit die Hardware-Kosten für GSM-
Clientgeräte erhöht haben.
NB-IoT-Hardware-Module brauchen z.B. nur begrenzten Speicher, also erschwinglichere PSRAM-Bausteine.
Dazu eine einzige Antenne und keinen Vollduplex-Betrieb. Dadurch werden die Kosten für einen RF-
Duplexer gespart. Im Vergleich zu LTE gelten in Bezug auf Zeitverzögerungen wenige Einschränkungen.
Deshalb sind Chipdesign und -produktion weniger aufwändig. NB-IoT-Geräte verfügen über geringere
Taktfrequenzen. Das senkt die Kosten für die Chips in Halbleiterfabriken. Die Begrenzung der Bandbreite auf
200 kHz verringert die Größe der Puffer und Verarbeitungsblöcke. Der gewählte Decoder hingegen
vereinfacht das Design des Modems und des Digitalsignalprozessors (DSP).
Infolge all dessen gehen wir davon aus, dass NB-IoT-Geräte, einschließlich Basisband- und RF-Chipsätzen,
Ende 2020 nur 2 $ kosten werden. Im Vergleich kostet ein LTE-Gerät heute 40 $. Dadurch werden NB-IoT-
Kommunikationsbauteile mindestens genauso erschwinglich wie bei LoRa und Sigfox.
2 Die Anwendung in der Praxis
NB-IoT bekommt immer mehr Unterstützung durch eine Vielzahl von
Branchenteilnehmern. Und ist somit eine sichere Option für den langfristigen
Einsatz.
1. Für Netzbetreiber schnell und flexibel bereitzustellen
Bei der Wahl einer LPWA-Technologie müssen Sie sicher sein, dass Sie in den geplanten Einsatzgebieten über Netze
mit einer weitreichenden nationalen und internationalen Netzabdeckung verfügen. Nur so können Sie Ihr Geschäft
ausbauen.
NB-IoT ist ein 3GPP-Standard, der auf der LTE-Technologie basiert. Infolgedessen kann NB-IoT auf fast allen LTE-
Basisstationen über ein einfaches Software-Upgrade des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network, RAN) neben
LTE-Datenverkehr bereitgestellt werden. Wir sind dabei, 85 % unseres Netzes über ein Software-Upgrade mit NB-IoT
auszustatten. Der Rest ist dann nach einer kleinen Hardware-Modifikation zum Upgrade bereit. Bis 2020 sollen alle
LTE-Standorte mit NB-IoT versehen werden. Die Tests bis dato haben gezeigt, dass NB-IoT mit existierenden
Funktechnologien koexistieren kann.
Netzbetreiber können unter 3 Bereitstellungsoptionen passend zu unterschiedlichen Netzumgebungen wählen.
Das macht NB-IoT vielleicht zur flexibelsten LPWA-Technologie. Es ist für eine Systembandbreite von 180 kHz
ausgelegt. Deshalb passt es genau in einen oder mehrere standardmäßige LTE-PRBs (Physical Resource Blocks). Wo
es nicht Kapazität von LTE abziehen soll, kann NB-IoT auch im Schutzband am Rand einer LTE-Zuteilung (Lücken
zwischen den Frequenzbändern, die Störungen verhindern sollen) bereitgestellt werden. Außerdem lässt sich NB-
IoT eigenständig auf einer einzigen Frequenz eines GSM-Betreibers bereitstellen. Z.B. an Standorten, wo die 4G-
Rollout-Pläne eines Netzbetreibers noch nicht vollständig festgelegt sind. Oder auch eigenständig neben einem
LTE-Frequenzband. Unabhängig von der Art der Bereitstellung ist NB-IoT nicht auf die Signalressourcen anderer
Systeme angewiesen.
Wahrscheinlichste
Bereitstellungsoptionen
Im Band
180-kHz-NB-IoT-
Betreiber im 200-
kHz-Band
LTE-Betreiber
Eigen-
ständig
GSM-Betreiber
Schutzband
LTE-Betreiber
GSM/UMTS/LTE-Betreiber
Abb. 5 NB-IoT ist eng verwandt mit 4G-LTE
Diese Flexibilität der Bereitstellung und die Möglichkeit, vorhandene Netzanlagen zu verwenden, ist ein großer Vorteil
gegenüber proprietären Funktechnologien wie Sigfox und LoRa. Dort muss eine neue Netzinfrastruktur, z.B.
Gateways, Masten und Repeater separat bereitgestellt und verwaltet werden. Entweder von einem Netzbetreiber oder
direkt von einem Unternehmen oder Unternehmenskonsortium.
Solche Bereitstellungen sind nicht nur kostspielig und langwierig. Sie können auch Schwierigkeiten bei der
Planungserlaubnis und der Backhaul-Bereitstellung sowie andere hartnäckige Probleme nach sich ziehen. Vor allem
in dicht besiedelten Stadtgebieten.
Narrowband-IoT 10 2017
Narrowband-IoT 11 2017
Aguas de Valencia: Fernüberwachung ohne
mühselige Netzverwaltung
Bei Aguas de Valencia handelt es sich um ein multinationales
Wasserversorgungsunternehmen. Das Unternehmen setzt auf Innovationen
und hat schon früh die automatisierte Zählerablesung eingeführt. Heute
unterhält es über 600.000 Geräte zur automatisierten Zählerablesung. Diese
nutzten bis jetzt eine proprietäre Technologie, weshalb Aguas de Valencia
eine eigene Infrastruktur installieren und unterhalten musste. Das
Unternehmen wollte auf eine neue Kommunikationstechnologie umsteigen,
die die Fernüberwachung von Zählern ohne eigene Infrastruktur ermöglicht.
NB-IoT war dafür die ideale Wahl. Aguas de Valencia testete in
Zusammenarbeit mit Vodafone bei einem Versuch, ob NB-IoT Netzab-
deckung an schwer zu erreichenden Zählerstandorten bieten kann.
„Der wichtigste Aspekt des Versuchs war die Ermittlung von Standorten, die
für das Signal schwerer erreichbar sind, zum Beispiel Zählerräume in Kellern
mit geringer oder ohne Netzabdeckung, unterirdische Zählerkästen und
Nischen mit Metallabdeckungen, die das Signal blockieren. Bislang sind die
Ergebnisse sehr vielversprechend, da das Signal an allen getesteten
Standorten sein Ziel ohne Probleme erreichen konnte. Wir werden die
Datenübertragung an ein Telekommunikationsunternehmen auslagern
können, das für die Qualität und Sicherheit der Daten garantiert. Die
Betriebsdauer eines Zählers beträgt rund zehn Jahre, was der Batterielaufzeit
entspricht, die diese Technologie bieten kann.“
Víctor González, Leiter für Zähler und Fernablesung, Aguas de Valencia
Zum Video
2.Breite Marktunterstützung als offener 3GPP-Standard
Wenn Sie sich für 10 Jahre oder länger auf eine LPWA-
Technologie festlegen, müssen Sie sicher sein, dass
Ihre gewählte Technologie eine gesicherte Zukunft
hat.
Da NB-IoT ein offener 3GPP-Standard ist, haben
Unternehmen die Gewissheit, dass sie eine risikoarme,
langfristige Technologieentscheidung treffen. Sie gehen
keine Gefahren ein, die mit proprietärer Technologie
verbunden sind.
Sigfox ist eine vollkommen proprietäre Technologie. Zwar
gibt es eine Reihe von Herstellern von Sigfox-Clientgeräten
und Sigfox-Netzbetreiber, doch alle Daten durchlaufen die
Sigfox-Cloud. Dort sind sie über APIs abrufbar.
Unternehmen, die sich für Sigfox entscheiden, könnten für
künftigen Support von der kontrollierenden Firma abhängig
sein. Sie müssen an die langfristige Sicherheit Ihrer
Bereitstellung intelligenter Zähler denken und die für Sie
sicherste Technologie wählen.
LoRa wird durch die LoRa Alliance unterstützt. Das
gemeinsam mit IBM entwickelte LoRaWAN-
Netzwerkprotokoll ist Open Source. Doch die
zugrunde liegende Funktechnik ist proprietär.
Kunden sind also wiederum an einen einzigen
Anbieter gebunden.
Außerdem werden proprietäre Lösungen weder der
gleichen mehrseitigen Überprüfung unterzogen wie
offene Standards, noch besteht bei ihrer Entwicklung
der gleiche Zugang zu Forschungs- und
Entwicklungsressourcen. Das kann eine wichtige
Überlegung sein, wenn es um Fragen wie Sicherheit
oder Leistungsoptimierung geht.
Eine proprietäre Technologie, die auf dem gewerblichen
geistigen Eigentum eines einzigen Anbieters beruht,
erfordert zusätzliche Kosten. Sigfox und der LoRa-
Entwickler Semtech lizenzieren ihre Technologien gegen
eine Gebühr an die Hersteller von Netzausrüstung und
Geräten. Diese Gebühr wird an die Unternehmenskunden
weitergegeben. Wenn die Kosten für Geräte sich auf
jeweils 2 bis 10 $ belaufen und Unternehmen potenziell
Millionen Geräte kaufen, sind die Gemeinkosten für das
geistige Eigentum nicht unerheblich.
Narrowband-IoT hingegen profitiert von allen positiven
Folgen der Marktkräfte. Schon jetzt genießt NB-IoT breite
Unterstützung von Netzbetreibern wie AT&T, Telefonica,
China Unicom, China Mobile, Deutsche Telekom, Verizon,
Telstra und Vodafone. Selbst Betreiber, die LoRa und
Sigfox einsetzen, wie Orange, investieren parallel auch in
NB-IoT.
Insgesamt wird NB-IoT von über 30 der weltgrößten
Betreiber unterstützt. Zusammen bieten sie
Kommunikationsleistungen für über 3,4 Milliarden
Kunden an. Außderdem bedienen sie geografisch mehr
als 90 % des IoT-Marktes.
Diese Verbreitung wird exponentiell zunehmen. Sie
stärkt die Position von NB-IoT als die am weitesten
verbreitete LPWA-Technologie. Das bedeutet auch, dass
Kunden die Bereitstellungen auf der ganzen Welt auf
Grundlage einer LPWA-Technologie standardisieren
können.
Dieselben Trends gelten für Gerätehersteller. Führende
Ausrüstungsproduzenten wie Ericsson, Huawei, Nokia,
Qualcomm und Intel haben sich alle NB-IoT verschrieben.
Das heißt, dass Kunden eine größere Auswahl an
Endgeräten für verschiedene Anwendungsfälle erhalten
werden, zu geringeren Kosten.
„Schaut man sich die Geschichte der Drahtlostechnik an, so
basieren die einzigen erfolgreichen Technologien auf offenen
Standards. Es gibt keine Beispiele für sehr erfolgreiche
proprietäre Technologien, daher sehe ich nicht, wie die
proprietären LPWA-Anbieter langfristig bestehen können.“
Professor William Webb, CEO, Weightless; ehemaliger President, IET; ehemaliger Director, Ofcom
Narrowband-IoT 12 2017
3.Einfache Integration in herkömmliche Ökosysteme der
Mobilfunktechnik
Kommunikationstechnologien sollten gut mit anderen Elementen der IoT-Lösung zusammenarbeiten.
Wenn sie nur schwer in die entsprechenden Anwendungen und Prozesse zu integrieren sind, leidet der
Gesamt-ROI des Projekts darunter.
NB-IoT verhält sich sehr ähnlich wie herkömmliche Mobilfunktechnologien. Mit zuverlässiger
Handhabung des Datenverkehrs, Sicherheitsmerkmalen und so weiter. Speziell im Vodafone-IoT-Netz
können NB-IoT-Verbindungen nahtlos neben anderen IoT-SIMs auf der Global IoT Platform verwaltet
werden. Darunter Reporting, Self-Service-Kontrolle über SIM-Status, Nutzung von Warnungen und
Geschäftsregeln sowie API-Zugriff. Sie müssen keine separaten Prozesse, Nutzerzugriffsrechte,
Softwareplattformen oder Dokumente pflegen, um Ihre LPWA-Bereitstellungen zu verwalten.
Andere LPWA-Technologien weisen unter Umständen spezifische Verhaltensweisen oder
Einschränkungen auf, die Anwendungsentwickler verstehen und einplanen müssen.
Zur Minimierung des Stromverbrauchs erlaubt Sigfox z.B. die Downstream-Kommunikation vom Netz
zum Gerät nur während eines festgelegten Horchzeitraums von ca. 20 Sekunden, nachdem das Gerät
eine Verbindung initiiert hat. Ein Zeitraum, der für eine Nachrichtenbestätigung oder eine Antwort
gedacht ist. Mit anderen Worten, das Netz kann das Gerät nicht aktivieren. Dies ist potenziell eine
erhebliche Einschränkung für Anwendungen, wo die Ausgabe zentraler Befehle einen wichtigen Teil der
gewünschten Funktionalität darstellt. Z.B. das manuelle Außerkraftsetzen des üblichen Zeitplans für das
Dimmen intelligenter Straßenlaternen, um in einer Notlage für bessere Sicht zu sorgen.
Die Handhabung des Datenverkehrs von LoRa ist extrem limitiert. Unter hoher Datenlast können die
Verluste von Datenpaketen bei über 60 % liegen. LoRa unterstützt nur eine einfache flag-basierte
Methode zur Bestätigung der Paketzustellung. Dabei muss ein zweites Paket dazu gesendet werden, was
die Netzlast weiter erhöht. Außerdem kommt es zu mehr Kollisionen und noch mehr Paketverlusten.
Und zu einer unvorhersehbaren Latenz, die durch die erneute Übertragung von Daten verursacht wird.
Das bereitet Entwicklern, die auf eine zugesicherte, pünktliche Zustellung von Datenpaketen
angewiesen sind, echte Kopfschmerzen.
Testlabore für NB-IoT vereinfachen die Lösungsentwicklung
Die Branchengemeinschaft hinter NB-IoT ist dabei, auf der ganzen Welt eine Reihe von Open Labs zu
eröffnen. Damit erhalten Hardware-Entwickler und Unternehmen einen Platz, um NB-IoT-basierte
Lösungen in einer abgeschlossen Netzumgebung zu entwickeln, zu testen und zu zertifizieren. Das
weltweit erste NB-IoT Open Lab in Newbury wurde 2016 von Vodafone und Huawei gestartet; ein
zweites wurde im Februar 2017 in Düsseldorf eröffnet. China Mobile, Etisalat und viele andere werden im
Verlauf von 2017 folgen.
Um einen Besuch in unserem Open Lab zu vereinbaren, wenden Sie sich an Ihren Vodafone Account
Manager. Mehr zu NB-IoT finden Sie auf vodafone.de/nb-iot.
Narrowband-IoT 13 2017
3 Sicherheit und Verfügbarkeit
LPWA-Bereitstellungen müssen genauso geschützt werden wie jede andere IoT-Lösung.
NB-IoT zeichnet sich durch die bewährten Sicherheitsmerkmale von LTE aus.
LPWA-Sicherheit ist von Bedeutung
Umfragen unter Unternehmen, die IoT-Projekte einführen, darunter auch das Vodafone IoT Barometer, hebt die Bedeutung
der Sicherheit in IoT-Bereitstellungen hervor. Unternehmen sind besorgt, dass ihre IoT-Geräte und -Verbindungen für Hacker
anfällig sein könnten, die Daten stehlen, Services unterbrechen oder Störungen durch Übernahme der Kontrolle über
Remote-Anlagen verursachen.
Die Ansicht, dass LPWA-Geräte zu limitiert oder uninteressant sind, um Schutz zu bedürfen, ist entbehrt jeder sachlichen
Grundlage. Denn was ist das Schlimmste, das passieren kann, wenn ein Hacker einen einfachen Sensor manipuliert, etwa in
einer intelligenten Mülltonne oder einem Rauchmelder? Tatsächlich ist die Sicherheit dieser Geräte von großer Bedeutung.
Könnte ein Angreifer zehntausend Rauchmeldungen gleichzeitig auslösen, der städtischen Müllabfuhr mitteilen, dass
sämtliche Mülltonnen in der Stadt unverzüglich geleert werden müssen oder die Felder eines Landwirts durch Manipulation
von Bodensensoren mit Düngemittel überschütten, wäre Chaos die Folge.
Die Sicherung sehr einfacher Geräte ist schwierig
Die Schwierigkeit liegt darin, wie diese Geräte in der Praxis mit den grundlegenden Sicherheitssäulen wie Authentifizierung
und Verschlüsselung angemessen zu sichern sind. Die meisten LPWA-Bereitstellungen bieten vom Design her wenig Raum
für Sicherheit.
Für ein 2 bis 5 $ teures Gerät, das Strom sparen muss, ist der Prozessoraufwand für die Ver- und Entschlüsselung von
Datenverkehr nicht unbedeutend. Und angesichts der Einschränkungen eines Duty Cycle von 1 % kann es schwierig sein, die
wenigen zusätzlichen notwendigen Bytes zur Authentifizierung einer Kommunikationssitzung zur Verfügung zu stellen. Der
gleiche begrenzte Durchsatz lässt auch keine freie Kapazität für das Patchen von Geräten, um Sicherheitslücken zu schließen,
die während ihrer Zeit im Feldeinsatz entdeckt werden. Eine zentrale Überwachungslösung zur Ermittlung verdächtigen
Datenverkehrs als oberste Schicht hinzuzufügen ist eine Antwort. Sie bewirkt aber wenig zur tatsächlichen Verhinderung oder
Reaktion auf Störungen.
Narrowband-IoT 14 2017
VF_E_0009_18_IoT_Narrowband_whitepaper_deutsch_210x297_RZ.pdf 1 24.07.18 10:42
Andere LPWA-Technologien bieten keine ausreichende Sicherheit
In den Augen der Sicherheitscommunity haben sowohl LoRa als auch Sigfox Nachteile: Ein proprietärer Code verringert die
Möglichkeit, ihn zu untersuchen und Schwachstellen zu erkennen, bevor sie von Hackern ausgenutzt werden.
Davon abgesehen ist weder in LoRa noch in Sigfox ausreichend robuste Sicherheit integriert. Sigfox bietet fast gar keine
Sicherheit: Der Kommunikationskanal ist nicht verschlüsselt. Es ist keine Authentifizierung eingebaut. Sigfox empfiehlt,
die Sicherheit stattdessen in der Anwendungsschicht zu verwalten. LoRa verschlüsselt den Nachrichteninhalt mit einem
Anwendungssitzungsschlüssel, und die Integrität der Nachricht wird mit einem Netzsitzungsschlüssel überprüft. Beide
Schlüssel werden bereitgestellt, wenn das Gerät eine Verbindung zum Netz herstellt. Doch die Verwaltung
kryptografischer Schlüssel ist schwierig.
Da für die Übertragung in ISM-Funkfrequenzbändern keine Lizenz erforderlich ist, kann zudem jeder – auch ein böswilliger
Hacker – ganz legal Daten übertragen, die mit der LoRa-Spezifikation kompatibel sind und damit legitime LoRa-
Datenübertragungen blockieren, wodurch ein Denial-of Service-Effekt erzielt wird. Denial-of-Service ist genauso schädlich
wie eine Sicherheitsverletzung.
NB-IoT hat die gleiche Authentifizierung und Verschlüsselung wie LTE
NB-IoT ist ein 3GPP-Standard, der auf LTE basiert, und zeichnet sich durch alle damit verbundenen Sicherheitstechniken aus.
Ein bei der Herstellung in die NB-IoT-SIM integrierter Geheimschlüssel dient dazu, das Netzwerk und das Gerät gegenseitig
zu authentifizieren. Und regelmäßig aktualisierte Sitzungsschlüssel für die Verschlüsselung des Datenverkehrs zwischen
dem Gerät und dem Kernnetz zu generieren. Wenn notwendig und praktikabel, können Gerät, Kommunikation und
Anwendung natürlich mit zusätzlichen „oben hinzugefügten“ Sicherheitsschichten versehen werden, um das Maß an
Schutz zu erhöhen.
Narrowband-IoT 15 2017
Sie wollen NB-IoT testen?
Wir sind überzeugt: Die technischen und Marktvorteile machen NB-IoT zur besten Wahl
für Unternehmen, die heute nach einer LPWA-Lösung suchen. Testen Sie die
Technologie natürlich selbst, bevor Sie sich festlegen. Dabei helfen wir Ihnen gerne.
NB-IoT in 3 Schritten zum Open Lab:
Vodafone
Diskutieren Sie über NB-IoT im
Rahmen des NB-IoT-Forums der
GSMA.
Erleben Sie NB-IoT in unserem
Open Lab in Düsseldorf. Dort
können Sie beispielhafte
Hardware-Module testen und
unsere Netztestumgebung
genauer untersuchen.
Wenden Sie sich an Ihren
Vodafone Account Manager,
um NB-IoT-Beispielmodule im
Open Lab zu testen. Weitere Infos
auf: vodafone.de/nb-iot
Über uns
Wir sind die Speerspitze in Sachen IoT und NB-IoT.
Über 25 Jahre Erfahrung beim Thema IoT – und über 45 Millionen aktive IoT-Verbindungen. Unsere IoT-Kunden
kommen aus allen Branchen. Dadurch haben wir tiefgreifende Einblicke in die Arten von Anwendungen erhalten, die
die Nachfrage nach LPWA-Technologien vorantreiben. Und diese Einblicke setzen wir in die Praxis um: als Vorsitz des
NB-IoT-Forums und als einer der führenden Entwickler von 3GPP-IoT-Standards.
Am bekanntesten sind wir natürlich als Betreiber eines der weltgrößten Kommunikationsnetze. Außerdem wollen
wir NB-IoT bis 2020 vollständig in unserem Netz einführen. Wir haben schon NB-IoT-Praxistests und
Kundenpilotprojekte in Städten und ländlichen Gemeinden auf der ganzen Welt gemacht.
Aber unser Angebot reicht weit über reine Netzkonnektivität hinaus. Angefangen bei unseren professionellen
Services und Testanlagen, die Sie beim Start Ihres Projekts unterstützen, bieten wir alles, was Sie brauchen: unsere
marktführende IoT-Konnektivitätsplattform, eine Reihe sicherer, globaler SIM-Typen sowie marktführende Hardware
– sowohl von uns als auch von verschiedensten Partnern.
Mehr über uns und unsere Aktivitäten erfahren Sie auf vodafone.de/iot.
Narrowband-IoT 16 2017
vodafone.de/nb-IoT
Vodafone Gruppe 2017. Dieses Dokument wird von Vodafone herausgegeben und ist vertraulich zu behandeln. Ohne die vorherige ausdrückliche schriftliche Zustimmung
von Vodafone darf es weder als Ganzes noch in Teilen reproduziert werden. Vodafone und die Vodafone Logos sind Warenzeichen der Vodafone Gruppe. Weitere in diesem
Dokument genannte Produktnamen und Marken sind Warenzeichen der jeweiligen Eigentümer. Die in diesem Dokument enthaltenen Informationen entsprechen dem Stand
zum Zeitpunkt der Drucklegung. Jeglicher Verlass auf die Informationen erfolgt auf Risiko des Empfängers. Kein Mitglied der Vodafone Gruppe übernimmt jegliche Haftung
für den Gebrauch der Informationen. Vodafone behält sich das Recht vor, diese Informationen zu ändern und die angebotenen Leistungen zu modifizieren, zu ergänzen oder
auszusetzen, ohne dass es einer vorherigen Ankündigung bedarf. Alle Leistungen unterliegen den Allgemeinen Geschäftsbedingungen, die auf Anfrage erhältlich sind.

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie Vodafone NB-IoT Whitepaper (Deutsch)

Was bedeutet WLAN?
Was bedeutet WLAN?Was bedeutet WLAN?
Was bedeutet WLAN?
Frank Lindner
 
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
Westermo Network Technologies
 
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & playWebinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co. KG
 
WLAN
WLANWLAN
Bringing IoT to Building Technology
Bringing IoT to Building TechnologyBringing IoT to Building Technology
Bringing IoT to Building Technology
Lemonbeat GmbH
 
WiTCOM Profile
WiTCOM ProfileWiTCOM Profile
WiTCOM Profile
splishsplash
 
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECTQUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
QUANTO Solutions
 
devolo auf der European Utility Week 2013
devolo auf der European Utility Week 2013devolo auf der European Utility Week 2013
devolo auf der European Utility Week 2013
resultsrelations
 
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutschAskozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
Askozia
 
Telefónica KITE Plattform
Telefónica KITE PlattformTelefónica KITE Plattform
Neue Anwendungen fürs Internet der Dinge
Neue Anwendungen fürs Internet der DingeNeue Anwendungen fürs Internet der Dinge
Neue Anwendungen fürs Internet der Dinge
Dawn Antle
 
Breitband im ländlichen Raum
Breitband im ländlichen RaumBreitband im ländlichen Raum
Breitband im ländlichen Raum
Hans-Martin Schulze
 
Netzneutralität - Eine Einführung in das Thema
Netzneutralität - Eine Einführung in das ThemaNetzneutralität - Eine Einführung in das Thema
Netzneutralität - Eine Einführung in das Thema
Daniel Haller
 
HDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
HDI PCB: Die Zukunft der LeiterplattentechnologieHDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
HDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
Hitech Circuits Co.,Ltd.
 
productronica Daily Day 4 / Tag 4
productronica Daily Day 4 / Tag 4productronica Daily Day 4 / Tag 4
productronica Daily Day 4 / Tag 4
Messe München GmbH
 
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereitenWie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
Filipe Felix
 
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
woelkeits
 
ICSSW_MeshCom_4_0.pdf
ICSSW_MeshCom_4_0.pdfICSSW_MeshCom_4_0.pdf
ICSSW_MeshCom_4_0.pdf
IngKurtBaumann
 
WE_LoRaWAN _ IoT.pptx
WE_LoRaWAN  _ IoT.pptxWE_LoRaWAN  _ IoT.pptx
WE_LoRaWAN _ IoT.pptx
FIWARE
 
Förderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
Förderung des Ausbaus von NGA InfrastrukturenFörderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
Förderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
Kurt Reichinger
 

Ähnlich wie Vodafone NB-IoT Whitepaper (Deutsch) (20)

Was bedeutet WLAN?
Was bedeutet WLAN?Was bedeutet WLAN?
Was bedeutet WLAN?
 
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
450MHz LTE als der neue Standard für Mobilfunk und kritische Infrastruktur
 
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & playWebinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
Webinar - Vom Sensor in die Cloud – von individuell bis plug & play
 
WLAN
WLANWLAN
WLAN
 
Bringing IoT to Building Technology
Bringing IoT to Building TechnologyBringing IoT to Building Technology
Bringing IoT to Building Technology
 
WiTCOM Profile
WiTCOM ProfileWiTCOM Profile
WiTCOM Profile
 
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECTQUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
QUANTO Solutions real io-t mit Q-CONNECT
 
devolo auf der European Utility Week 2013
devolo auf der European Utility Week 2013devolo auf der European Utility Week 2013
devolo auf der European Utility Week 2013
 
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutschAskozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
Askozia All-IP White Paper - 2016, deutsch
 
Telefónica KITE Plattform
Telefónica KITE PlattformTelefónica KITE Plattform
Telefónica KITE Plattform
 
Neue Anwendungen fürs Internet der Dinge
Neue Anwendungen fürs Internet der DingeNeue Anwendungen fürs Internet der Dinge
Neue Anwendungen fürs Internet der Dinge
 
Breitband im ländlichen Raum
Breitband im ländlichen RaumBreitband im ländlichen Raum
Breitband im ländlichen Raum
 
Netzneutralität - Eine Einführung in das Thema
Netzneutralität - Eine Einführung in das ThemaNetzneutralität - Eine Einführung in das Thema
Netzneutralität - Eine Einführung in das Thema
 
HDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
HDI PCB: Die Zukunft der LeiterplattentechnologieHDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
HDI PCB: Die Zukunft der Leiterplattentechnologie
 
productronica Daily Day 4 / Tag 4
productronica Daily Day 4 / Tag 4productronica Daily Day 4 / Tag 4
productronica Daily Day 4 / Tag 4
 
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereitenWie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
Wie Sie Ihr Unternehmen optimal auf All-IP vorbereiten
 
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
Kabellos. Schnell und Sicher, professionelle WLAN Planung für Ihr Netzwerk.
 
ICSSW_MeshCom_4_0.pdf
ICSSW_MeshCom_4_0.pdfICSSW_MeshCom_4_0.pdf
ICSSW_MeshCom_4_0.pdf
 
WE_LoRaWAN _ IoT.pptx
WE_LoRaWAN  _ IoT.pptxWE_LoRaWAN  _ IoT.pptx
WE_LoRaWAN _ IoT.pptx
 
Förderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
Förderung des Ausbaus von NGA InfrastrukturenFörderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
Förderung des Ausbaus von NGA Infrastrukturen
 

Vodafone NB-IoT Whitepaper (Deutsch)

  • 1. Narrowband-IoT Narrowband-IoT ist die neue standardisierte Technologie für Ihre IoT-Projekte. The future is exciting. Ready? Narrowband-IoT: Internet of Things
  • 2. Zusammenfassung Mit diesem Whitepaper bekommen Sie einen Überblick über Narrowband-IoT (NB-IoT). Diese Kommunikationstechnologie ist die Grundlage für das Maschinen-Netz der Zukunft. Industrielle Qualität ist der zentrale Bestandteil von NB-IoT. Sie macht IoT massentauglich und erweitert die Möglichkeiten des Internet of Things. Was ist NB-IoT? Narrowband IoT ist eine Technologie, die das „Internet of Things“ (IoT) verändern wird. Sie basiert auf Low Power Wide Area (LPWA), einer drahtlosen Kommunikationstechnologie, die bestimmte Anforderungen voraussetzt: geringer Energieverbrauch der Geräte, Übertragung kleinerer Datenmengen auf längeren Distanzen sogar unter der Erde, und optimale Stabilität und Zuverlässigkeit bei der IoT-Kommunikation. Zur Erfüllung dieser LPWA- Anforderungen wurde eine Reihe verschiedener Technologien entwickelt, unter anderem auch NB-IoT. Somit ist NB- IoT eine 3GPP-standardisierte Kommunikationstechnologie, die Merkmale von LPWA erfüllt. Dieser neue 3GPP- Standard bietet die Möglichkeit, Dinge zu verbinden, die zuvor nicht verbunden werden konnten. Sie bietet bestmögliche Sicherheit bei der Daten-Übertragung durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Das lizensierte Spektrum garantiert eine qualitativ hochwertige Übertragung der Daten. Wir sind überzeugt, dass vor allem NB-IoT den massentauglichen Einsatz von IoT ermöglichen wird. LPWA-Technologien haben folgende Merkmale: Ausgezeichnete Gebäude- Durchdringung mit einer besseren Netzabdeckung um 20dB. Hohe Energieeffizienz durch geringen Energieverbrauch. Eine Batterieladung läuft über 10 Jahre. Massive Skalierbarkeit, denn Millionen Geräte können in nur einem System vernetzen werden. Modul und Hardwarekosten sinken auf unter 10$. Geringe Bandbreite, da ein Gerät wenige Bytes/Tag übermittelt. Mehr zu LPWA, NB-IoT und Konkurrenztechnologien finden Sie auf Seite 4. Narrowband-IoT 2 2017
  • 3. Zusammenfassung Das IoT entwickelt sich rasant weiter. Es erfordert hohe Effizienz und flexible Skalierbarkeit der Kommunikation. NB-IoT erfüllt beide Anforderungen: hervorragende Reichweite, eine hohe Durchdringung und eine lange Batterielebensdauer zum niedrigen Preis. 1 Technologie in Industriequalität • Netzabdeckung überall: NB-IoT bietet eine gute Netzabdeckung in schwierigen Umgebungen, die für LPWA-Anwendungsfälle prädestiniert sind. Wie bei 3G und 4G werden lizenzierte Frequenzbänder genutzt. NB-IoT wird so kaum durch Störungen beeinträchtigt. • Schnellerer Datendurchsatz ohne Nutzungsbeschränkungen: Für NB-IoT gibt es keine rechtlichen Einschränkungen, z.B. wie oft jedes Gerät Daten übertragen (Duty Cycle) muss. Und es muss auch nicht zwangsläufig pausieren. Das schont den Energieverbrauch und erleichtert die Planungssicherheit für die Zukunft. • Flexible Energieverwaltung für eine Betriebsdauer von mehr als 10 Jahren: Trotz der hohen Netzabdeckung und starken Leistung bietet NB-IoT eine vergleichbare Batterielaufzeit zu anderen LPWA-Technologien. Das liegt u.a. an den innovativen Stromsparmodi. Sie übertragen die Daten (Chatter) übers Netz besonders effizient. • Einfache Designs für Kosteneffizienz: NB-IoT ist auf die Minimierung der Hardware-Kosten ausgelegt. Dies gilt sowohl für die Kosten der Chips als auch für die Kosten der Antennen und Sensoren. Die Kosten sinken laut ersten Prognose auf unter 2 $ in den nächsten Jahren. Weitere Infos, finden Sie auf Seite 6. 2 Anwendung in der Praxis • Für Netzbetreiber schnell und flexibel bereitzustellen: NB-IoT kann über Softwareupgrades innerhalb des bestehenden LTE-Netzes aktiviert werden. Somit ist es nicht nötig, ein neues Netz aufzubauen. • Breite Marktunterstützung als offener 3GPP- Standard: NB-IoT ist ein offener Standard. Er wird von vielen Netzbetreibern und Hardware-Herstellern unterstützt. NB-IoT ist stark skalierbar und auf dem Weg, sich langfristig weltweit durchzusetzen. • Einfache Integration in herkömmliche Ökosysteme der Mobilfunktechnik: In vielerlei Hinsicht verhält sich NB-IoT wie LTE und ist für Netzwerktechniker, Anwendungs- und Hardwareentwickler eine vertraute Technologie. Weitere Infos, finden Sie auf Seite 10. 3 Sicher und verfügbar • LPWA-Sicherheit: Selbst die einfachsten vernetzten Geräte können Unterbrechungen in den Geschäftsprozessen verursachen, wenn es zu Störungen in ihrer Kommunikation kommt. Sicherheit ist entscheidend. • Andere proprietäre1 LPWA-Technologien bieten keine ausreichende Sicherheit: Während der Datenverkehr bei LoRa verschlüsselt wird, erfolgt bei Sigfox keine Verschlüsselung. Beide Technologien sind dennoch anfälliger für die der Unterdrückung der Kommunikation durch Funkstörungen (Jamming). • NB-IoT basiert auf der Authentifizierung und Verschlüsselung von LTE: NB-IoT authentifiziert Netz und Gerät gegenseitig. Und es verschlüsselt den Datenverkehr zwischen dem Gerät und dem Kernnetz. Die sichere und verschlüsselte Datenübertragung der Geräte findet mittels Anmeldung im Funknetz mit individueller Geräteidentität statt. Weitere Infos, finden Sie auf Seite 14. 1 Basiert auf nicht öffentlichen Standards Narrowband-IoT 3 2017 Die Vorteile von NB-IoT im Überblick
  • 4. Stromverbrauch Warum LPWA-Technologien eine wichtige Rolle spielen Große IoT-Projekte haben spezifische Konnektivitätsanforderungen Die richtige Konnektivität kann entscheidend sein für den Erfolg oder Misserfolg Ihres IoT-Projekts. Wir sind überzeugt, dass NB-IoT die richtige Wahl für die meisten LPWA-IoT-Anwendungsfälle ist, da der Großteil aller IoT-Anwendungen die gleichen grundlegenden Anforderungen an die Konnektivität aufweisen. Ob intelligente Wasserzähler, vernetzte Landwirtschaft, intelligente Städte oder smarte Logistiksysteme. All diese verbundenen Geräte benötigen folgende Eigenschaften: • Lange Laufzeiten im Einsatzgebiet: Bodenzustands-Überwachungsgeräte in der Präzisionslandwirtschaft werden oft ohne Zugang zum Strom eingesetzt. Dies erfordert eine gleich lange Betriebslebensdauer für Batterien und Geräte. Das kann ein Jahrzehnt oder sogar noch länger sein. • Tiefe Netzabdeckung: Geräte, wie Wasser- und Gaszähler, werden unter Umständen in ländlichen Gebieten eingesetzt z.B. unter Kanaldeckeln oder in Gebäudekellern. Die Netzverbindung muss eine starke Durchdringung und eine große Reichweite aufweisen. • Skalierbarkeit zu geringen Kosten: Rauch- und Feuermelder oder intelligente Mülleimer werden in Massen eingesetzt. Geräte- und Verbindungskosten müssen niedrig sein. Die Netze müssen eine hohe Gerätedichte unterstützen und gleichzeitig QoS (Quality of Service) garantieren. • Geringe Bandbreite: Einige Geräte senden wenige Bytes pro Tag, z.B. übermitteln intelligente Parksensoren nur dann ein Ping-Signal ans Netz, wenn ein Parkplatz frei wird. Hier müssen keine Sprach- oder Duplex-Datenübertragungen unterstützt werden. Kein konventioneller Kommunikationsstandard erfüllt diese Kriterien. Drahtgebundene Verbindungen sind ideal für IoT- Bereitstellungen in Gebäuden und Büros. Sie kommen aber für Geräte im Feldeinsatz nicht in Frage, weil es keine Kabel oder keinen Strom gibt. Einige drahtlose Technologien, z.B. WLAN, Bluetooth oder Zigbee, haben nicht die notwendige Reichweite für umfangreiche Bereitstellungen. Andere Technologien, z.B. 3G und 4G, haben zwar eine Reichweite von mehreren Kilometern, sind aber auf einen hohen Datendurchsatz ausgelegt. Dadurch sind sie teuer und brauchen viel Energie. Ein typisches 4G-IoT-Modul kostet ca. 40 $ - Es hat eine Batterielaufzeit von weniger als einem Jahr. Für eine Anwendung, z.B. einen intelligenten Parksensor, ist es nicht geeignet. Machina Research hat festgestellt, dass es mit Stand Juni 2016 über 40 Millionen aktive LPWA-Endpunkte gab. Und sagt voraus, dass LPWA- Technologien 2024 über die Hälfte alle drahtlosen IoT-Verbindungen ausmachen werden. Was ist LPWA? Für die oben beschriebenen Anwendungen wird eine drahtlose Technologie mit geringem Energiebedarf, geringen Kosten und großer Reichweite benötigt. Dies ist einer der Gründe für die Entwicklung von LPWA (Low-Power Wide-Area). LPWA unterliegt keiner genauen Definition. Nach einer Faustregel soll ein LPWA-Gerät eine Lebensdauer von 10 Jahren im Feldeinsatz gewährleisten und eine Verbindung von bis zu 10 km zur Basisstation herstellen können. Außerdem soll das Modul unter 10 $ kosten und weniger als 10 Byte pro Stunde übertragen. Jede Funkzelle bzw. Basisstation sollte über 10.000 Geräte unterstützen können. WLANs Wi-Fi HiperLAN Drahtlos mit kurzer Reichweite Bluetooth IEEE 802.15.4 ZigBee Z-Wave Mobilfunk 2G, 3G, 4G Low Power Wide Area (LPWA) 10 m 100 m 1 km 10 km Reichweite Narrowband-IoT 4 2017
  • 5. LPWA-Technologien im Überblick Um diese oder ähnliche Kriterien zu erfüllen, werden viele verschiedene Technologien entwickelt. Gefördert von Privatunternehmen, Konsortien, Normungsgremien und Allianzen. Weightless, DASH 7, 802.11ah, Ingenu, LTE-M, EC-GSM-IoT – diese und viele andere Technologien kämpfen aktuell stark um Marktanteile. Sie nutzen oft unterschiedliche Konzepte, um möglichst alle Kriterien für LPWA-Anwendungsfälle erfüllen zu können, wie z.B. Verwendung eines offenen Standards oder der Aufbau von proprietären Technologie-Stacks. Allerdings haben sich einige Technologien, insbesondere Sigfox, LoRa und NB-IoT, als Spitzenreiter bei LPWA bewährt. Diese werden in mehreren öffentlichen Projekten eingesetzt und haben eine ausreichende technische Reife mit hinreichender Marktunterstützung. So werden diese Technologien von Unternehmen, die LPWA-IoT-Projekte entwickeln, bereits angewandt. Welche ist die richtige Technologie für die Konnektivitätsanforderungen Ihres LPWA-Projekts? Und welche ist die sicherste Option, auf die Ihr Unternehmen langfristig setzen sollte? Schließlich basieren Ihre Geschäftsszenarien auf Geräten, die Sie ein Jahrzehnt oder länger im Einsatz betreiben werden. Wir haben alle LPWA-Technologien geprüft, die zurzeit in der Entwicklung sind. Und uns für NB-IoT entschieden. Aus der Überzeugung heraus, dass globale Standardtechnologien zukünftig die beste Möglichkeit sind, um Sicherheit, Interoperabilität, Skalierbarkeit, Quality of Service (QoS) und Langlebigkeit zu garantieren. Speziell NB-IoT ist auf LPWA-Anforderungen ausgelegt. LPWA-Standards 3GPP DASH7 Alliance ETSI IEEE IETF LoRa Alliance Weightless SIG Enhanced MTC (eMTC) DASH 7 Low Throughout Networks (LTN) 802.15.4k 6LPWA/LP-WAN LoRaWAN Weightless- W/N/P Extended Coverage GSM IoT (EC-GSM-IoT) 802.15.4g NarrowBand-IoT (NB-IoT) 802.11: Long Range Low Power (LRLP) NB-IoT kurz zusammengefasst NB-IoT ist eine von 3GPP entwickelte Spezifikation. Sie wurde im Rahmen des 3GPP-Release 13 im Juni 2016 standardisiert. Es handelt sich dabei um eine Mobilfunktechnologie, die auf LTE basiert. Sie wurde für LPWA- Anwendungen entwickelt. Bei ihr werden lizenzierte Frequenzen in einer Vielzahl möglicher Frequenzbänder genutzt. NB-IoT bietet gegenüber GSM eine um 20 dB bessere Netzabdeckung und eine Betriebsdauer von 10 bis 15 Jahren mit einer einzigen Batterie oder Akkuladung. Außerdem sind geringe Gerätekosten und Kompatibilität mit der vorhandenen Mobilfunknetz-Infrastruktur ein weiterer Vorteil. Einschließlich eines hohen Sicherheitsstandards wie ihn auch LTE bietet. NB-IoT kann in verschiedenen Frequenzbändern eingesetzt werden. Es braucht ein eigenständiges Netz mit einer Bandbreite von nur 200 kHz. Narrowband-IoT 5 2017
  • 6. 1 Technologie in Industriequalität LPWA soll die größtmögliche Netzabdeckung bei geringstmöglichem Stromverbrauch und zu den niedrigsten Kosten bieten. Zugleich wird ein ausreichend hoher Datendurchsatz gewährleistet. Wir haben NB-IoT mit LoRa und Sigfox verglichen. LoRa Sigfox NB-IoT Netzabdeckung 160 dB 157 dB 164 dB Technologie Proprietär Proprietär Open LTE Frequenz Lizenzfrei Lizenzfrei Lizenziert (LTE/alle) Duty Cycle-Einschränkungen Ja Ja Nein Einschränkungen für Ausgangsleistung Ja (14 dBm = 25 mW) Ja (14 dBm = 25 mW) Nein (23 dBm = 200 mW) Downlink-Datenrate <0,1 kbit/s <10 kbit/s 0,5 – 200 kbit/s Uplink-Datenrate <0,1 kbit/s <10 kbit/s 0,3 – 180 kbit/s Batterielaufzeit (200 Byte/Tag) Über 10 Jahre Über 10 Jahre Über 15 Jahre Modulkosten <10 $ (2016) <10 $ (2016) 6 $ (2017) bis <2 $ (2020) Sicherheit Gering Gering Sehr hoch Abb. 1 Wichtige technische Spezifikationen für NB-IoT (aus R1-157741, „Summary of NB-IoT evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov. 2015), Sigfox und LoRa (aus „LoRaWAN: a technical overview of LoRa and LoRaWAN“, LoRa Alliance, Nov. 2015). 1.Tiefere Netzabdeckung in schwierigen Einsatzgebieten Bei LPWA-Bereitstellungen werden Geräte oft in einem großflächigen Gebiet an Stellen installiert, die sich für ein starkes Funksignal nicht gut eignen. Geräte werden unter Umständen im Untergrund, tief in Gebäuden oder in ländlichen Gebieten installiert, die weit entfernt vom nächsten Mast liegen. Eine Kommunikationstechnologie mit besserer Netzabdeckung bedeutet nicht nur, dass Geräte in Randbereichen der Funkzellen auch unter schwierigen Bedingungen viel eher eine Netzverbindung herstellen können. Sondern auch, dass jedes Gerät mit mehr Datendurchsatz kommunizieren kann. Und so das Netz zur Abdeckung eines gegebenen Gebiets daher mit weniger Basisstationen, Gateways, Repeatern und Signalverstärkern, auskommt. Die maximale Pfaddämpfung ist eine Vergleichsmöglichkeit zur Bewertung der Leistung einer Verbindung unter Berücksichtigung von Dämpfung und anderer Verluste. Sie liefert uns eine einfache Möglichkeit, verschiedene Funkkommunikationstechnologien fair zu vergleichen. Abbildung 1 zeigt die maximale Pfaddämpfung für NB-IoT, LoRa und Sigfox. NB-IoT bietet eine bessere Netzabdeckung als alternative LPWA- Technologien. Außerdem im Vergleich zum konventionellen GSM/GPRS einen enormen Gewinn von 20 dB. Das entspricht einer 7-fachen Steigerung der Netzabdeckung. In unseren Praxistests hat sich gezeigt, dass NB-IoT 2 bis 3 zusätzliche doppelte Ziegelwände durchdringt. Das ermöglicht eine zuverlässige Konnektivität von Geräten in Tiefgaragen und Kellern. 157 dB 160 dB 164 dB Abb. 2 Sigfox NB-IoT liefert eine enorme Steigerung der Netzabdeckung. LoRa NB-IoT Narrowband-IoT 6 2017
  • 7. 2.Schnellerer Datendurchsatz ohne Duty Cycle-Einschränkungen Viele LPWA-Anwendungsfälle erfordern nur eine minimale Bandbreite. Stattdessen hat die Netzabdeckung und die Energieeffizienz oberste Priorität. Unter sonst gleichen Bedingungen hat es auch Vorteile, mehr Bandbreite zu nutzen. Sie gibt Ihnen mehr Freiraum, die Nutzung Ihrer Technologie in den kommenden Jahren weiterzuentwickeln. Noch wichtiger: Sie sorgt auch dann für eine ausreichende Leistung, wo große Reichweiten gebraucht werden. NB-IoT hat einen theoretischen Bandbreitenvorteil gegenüber Sigfox und LoRa. Denn die Downlink-Raten liegen bei bis zu 235 kbit/s bei eigenständiger Bereitstellung. Im Vergleich dazu liegt die maximale Datenrate von LoRa bei 27 kbit/s. In den äußersten Grenzbereichen der Netzabdeckung, mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von -12,6 dB, überträgt eine eigenständige Bereitstellung von NB-IoT 3 kbit/s im Downlink, s. Abbildung 3. Es gibt also einen erheblichen Geschwindigkeitsabfall aufgrund von Wiederholungen. Überträgt man die gleiche Art der Signalabschwächung auf eine langsamere Technologie, wie Sigfox und LoRa, fallen die Datenübertragungsraten auf nahezu 0. Gut Zellenrand Tiefe ANetzabdeckung Extreme NNetzabdeckungNetzabdeckung+1 0 dB Netzabdeckung +20 dB SRV > 7,4 dB SRV = 7,4 dB SRV = -2,6 dB SRV = -12,6 dB Downlink (kbit/s) 235 75 34 3 Abb. 3 Downlink-Durchsatz von NB-IoT bei verschiedenen Stufen der Netzabdeckung (aus R1-157741, „Summary of NB-IoT evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov. 2015). Die wichtigste Bandbreitenbeschränkung bei LoRa und Sigfox besteht darin, dass sie in den lizenzfreien Frequenzbändern hinsichtlich des Duty Cycle großen rechtlichen Einschränkungen unterliegen. Und zwar des Prozentsatzes der Zeit, die ein Kanal im Netzwerk aktiv belegt werden darf. Die Duty Cycle-Einschränkungen liegen üblicherweise bei 1 %. Wie wirkt sich das auf die tatsächliche Datenübertragung mit Sigfox aus? Eine Sigfox-Nachricht hat einen maximalen Nutzinhalt von 12 Byte. Ihre Übertragung dauert 6 Sekunden. Bei einem Duty Cycle-Maximum von 1 % kann ein Sigfox-Gerät bis zu 144 Nachrichten pro 24-Stunden-Zeitraum senden. Das entspricht einem täglichen Datenmaximum von ca. 1,6 KB. Bei der normalen Nutzung, bei der ein Gerät lediglich täglich eine Datenmenge mit wenigen Bytes, z.B. Statusmeldungen, senden soll, ist das kein Problem. Doch es ist ein limitierender Faktor in Zeiten hoher Aktivität. Gerade dann, wenn ein hoher Prozentsatz von Datenpaketen aufgrund von Störungen nochmal gesendet werden muss. Oder wenn unter außergewöhnlichen Umständen, z.B. beim Schließen einer Sicherheitslücke, neue Firmware an ein Gerät übertragen wird. Hohe Netzlast verursacht Störungen bei LoRa Wie bei allen Funknetzen lässt die Leistung von LoRa nach, je weiter sich die Funkmodule vom Gateway oder der Basisstation entfernen. Bei LoRa beginnt die Leistung bei rund 2 km spürbar abzunehmen. LoRa und Sigfox operieren in lizenzfreien ISM-Bändern bei 868 MHz (in Europa) und 902 MHz (in den USA). Diese Frequenzbänder sind durch Einschränkungen für den Duty Cycle und die Ausgangsleistung reguliert. Darüber hinaus arbeiten verschiedene andere Geräte, wie drahtlose Alarmanlagen und Fernbedienungen, ebenfalls in diesem Band. Diese Faktoren haben erhebliche Auswirkungen auf die Leistung (siehe Ofcom-Endbericht, „Short Range Devices operating in 862–686 MHz band“, Ovum, Aug. 2010). Problematischer hingegen ist, dass der Durchsatz von LoRa ebenfalls dramatisch abnimmt, wenn das Netz überfüllt und überlastet ist. Sein einfaches Datenverkehrsmanagement führt zu einem starken Verlust von Datenpaketen infolge von Kollisionen und Störungen. Das wird zu einem großen Problem, wenn mehr als nur einige Hundert Geräte kommunizieren. Dabei ist eins der kennzeichnenden Merkmale von LPWA die Skalierbarkeit auf Millionen von Geräten. NB-IoT ist auf 100.000 bis 200.000 Geräte pro 200-kHz-Netzbetreiber in einer Funkzelle ausgelegt. Sigfox dagegen soll bis zu 1 Million Geräte pro Access-Point unterstützen. Narrowband-IoT 7 2017
  • 8. 3.Flexible Energieverwaltung für eine Betriebsdauer von bis zu 15 Jahren Alle LPWA-Technologien sind von ihrem Design her auf hohe Energieeffizienz ausgelegt. Die tatsächliche Batterielaufzeit hängt von der Stärke des Netzempfangs des Geräts ab. Und von der Menge der Daten, die es jeden Tag überträgt. Doch die meisten LPWA-Geräte halten gut 10 Jahre mit einer Akkuladung durch. Selbst unter Berücksichtigung der Selbstentladung und anderen Faktoren. NB-IoT schneidet hier deutlich besser ab. Es kann nach unseren statistischen Modellen selbst ganz am Rand der Funkzelle problemlos eine Laufzeit von rund 15 Jahren erreichen siehe Abbildung 4. Laufzeit in Jahren für eine Batterie mit 5 Wattstunden: Zellenrand (144 dB MCL) Tiefe Netzabdeckung (154 dB MCL) Extreme Netzabdeckung (164 dB MCL) 50 Byte/Tag 36,7 33,1 20 200 Byte/Tag 36,3 29,729,7 14,214,2 Abb. 4 Geschätzte Batterielaufzeit (in Jahren) für verschiedene Stufen der Netzabdeckung und Datenvolumen. Quelle: R1- 157741, „Summary of NB-IoT evaluation results“, 3GPP RAN1#83, Nov. 2015. Es gibt viele Möglichkeiten, den Stromverbrauch zu reduzieren und derartige Laufzeiten zu erreichen. Am einfachsten ist es, das Gerät im Leerlauf- oder Tiefschlafmodus zu halten. So verbraucht es keinen Strom, um zwischen den eigentlichen Übertragungen mit dem Netz zu kommunizieren. Die Energieverwaltung ist die richtige Balance zwischen Nachrichtenhäufigkeit, Schlafzyklen des Geräts und Anforderungen des Geschäftsszenarios. NB-IoT hat 2 Stromsparfunktionen, die zusammen die Leistung und Effizienz maximieren: Extended Discontinuous Reception (eDRX) und Power Saving Mode (PSM). Wenn Geräte mit dem Netz verbunden sind, sendet das Netz auf seinen Steuerkanälen regelmäßig Paging- Nachrichten. Die Geräte horchen und reagieren darauf. In der Regel werden die Nachrichten mindestens alle paar Sekunden gesendet. So erhält das Netz genaue Informationen über die verbundenen Geräte. Das geht zu Lasten der Batterielaufzeit, denn die Geräte sind immer aktiv. Zur Effizienzsteigerung lässt der Power Saving Mode (PSM) die Geräte bis zu 310 Stunden lang in einen Tiefschlafzustand eintreten. Erst danach wachen sie auf, um das Netz auf den neuesten Stand zu bringen. Und für eine kurze Zeit auf Paging-Signale zu horchen, bevor sie wieder in den Schlafmodus gehen. Während des Tiefschlafmodus ist das Gerät nicht erreichbar. Extended Discontinuous Reception (eDRX) verlängert den Paging-Intervallzyklus auf fast 3 Stunden. Dadurch werden unnötige Empfängeraktivierungen vermieden. Trotzdem kann das Netz das Funkmodul bei Bedarf erreichen. LTE-M: zusätzliche Bandbreite für anspruchsvollere Anwendungsfälle Für Anwendungen, bei denen eine größere Bandbreite als bei NB-IoT gebraucht wird, wurde mit 3GPP- Standards eine weitere LPWA-Technologie definiert: LTE-M, auch bekannt als LTE Cat M1. LTE-M ist in seinen Bereitstellungsmodellen weniger flexibel. Und es hat eine schwächere Netzabdeckung. Dafür bietet es eine bis zu 5-mal höhere Downlink-Datenrate. NB-IoT und CAT-M sind einander ergänzende Kommunikationstechnologien, die uns in unseren LTE-Netzen unterstützen kann. Wir haben in unseren Netzen zunächst den Einsatz der NB-IoT-Technologie priorisiert. So konnten wir dem unmittelbaren Bedarf nach Anwendungen mit geringem Energiebedarf und tiefer Durchdringung gerecht werden. Sie wurden in der Vergangenheit durch die Mobilfunkkonnektivität nicht bedient. Narrowband-IoT 8 2017
  • 9. South East Water: Netzabdeckung im Untergrund NB-IoT wird in Australien bei South East Warter getestet. Es werden Regewassertanks und deren Fluss in Leitungen überwacht. Zudem wird der unbefugte Zutritt zu Abwasserkanälen, Parkplätzen und anderen Standorten verhindert. South East Warter möchte die Leistung, den Anlagenzustand und das Fehlermanagement in seinen Netzen in Echtzeit analysieren. Da viele der Überwachungssensoren unter Kanaldeckeln und im Untergrund installiert werden, ist das der ideale Beleg für die hohe Signalstärke von NB-IoT. 4.Einfache Designs für Kosteneffizienz Eines der Hauptargumente für Sigfox und LoRa ist die Tatsache, dass Technologien der GSM-Familie im Allgemeinen komplex sind. Doch NB-IoT wurde aus einer mobilfunktechnischen Ausgangsposition heraus entwickelt. Es soll viele der Faktoren minimieren, die in der Vergangenheit die Hardware-Kosten für GSM- Clientgeräte erhöht haben. NB-IoT-Hardware-Module brauchen z.B. nur begrenzten Speicher, also erschwinglichere PSRAM-Bausteine. Dazu eine einzige Antenne und keinen Vollduplex-Betrieb. Dadurch werden die Kosten für einen RF- Duplexer gespart. Im Vergleich zu LTE gelten in Bezug auf Zeitverzögerungen wenige Einschränkungen. Deshalb sind Chipdesign und -produktion weniger aufwändig. NB-IoT-Geräte verfügen über geringere Taktfrequenzen. Das senkt die Kosten für die Chips in Halbleiterfabriken. Die Begrenzung der Bandbreite auf 200 kHz verringert die Größe der Puffer und Verarbeitungsblöcke. Der gewählte Decoder hingegen vereinfacht das Design des Modems und des Digitalsignalprozessors (DSP). Infolge all dessen gehen wir davon aus, dass NB-IoT-Geräte, einschließlich Basisband- und RF-Chipsätzen, Ende 2020 nur 2 $ kosten werden. Im Vergleich kostet ein LTE-Gerät heute 40 $. Dadurch werden NB-IoT- Kommunikationsbauteile mindestens genauso erschwinglich wie bei LoRa und Sigfox.
  • 10. 2 Die Anwendung in der Praxis NB-IoT bekommt immer mehr Unterstützung durch eine Vielzahl von Branchenteilnehmern. Und ist somit eine sichere Option für den langfristigen Einsatz. 1. Für Netzbetreiber schnell und flexibel bereitzustellen Bei der Wahl einer LPWA-Technologie müssen Sie sicher sein, dass Sie in den geplanten Einsatzgebieten über Netze mit einer weitreichenden nationalen und internationalen Netzabdeckung verfügen. Nur so können Sie Ihr Geschäft ausbauen. NB-IoT ist ein 3GPP-Standard, der auf der LTE-Technologie basiert. Infolgedessen kann NB-IoT auf fast allen LTE- Basisstationen über ein einfaches Software-Upgrade des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network, RAN) neben LTE-Datenverkehr bereitgestellt werden. Wir sind dabei, 85 % unseres Netzes über ein Software-Upgrade mit NB-IoT auszustatten. Der Rest ist dann nach einer kleinen Hardware-Modifikation zum Upgrade bereit. Bis 2020 sollen alle LTE-Standorte mit NB-IoT versehen werden. Die Tests bis dato haben gezeigt, dass NB-IoT mit existierenden Funktechnologien koexistieren kann. Netzbetreiber können unter 3 Bereitstellungsoptionen passend zu unterschiedlichen Netzumgebungen wählen. Das macht NB-IoT vielleicht zur flexibelsten LPWA-Technologie. Es ist für eine Systembandbreite von 180 kHz ausgelegt. Deshalb passt es genau in einen oder mehrere standardmäßige LTE-PRBs (Physical Resource Blocks). Wo es nicht Kapazität von LTE abziehen soll, kann NB-IoT auch im Schutzband am Rand einer LTE-Zuteilung (Lücken zwischen den Frequenzbändern, die Störungen verhindern sollen) bereitgestellt werden. Außerdem lässt sich NB- IoT eigenständig auf einer einzigen Frequenz eines GSM-Betreibers bereitstellen. Z.B. an Standorten, wo die 4G- Rollout-Pläne eines Netzbetreibers noch nicht vollständig festgelegt sind. Oder auch eigenständig neben einem LTE-Frequenzband. Unabhängig von der Art der Bereitstellung ist NB-IoT nicht auf die Signalressourcen anderer Systeme angewiesen. Wahrscheinlichste Bereitstellungsoptionen Im Band 180-kHz-NB-IoT- Betreiber im 200- kHz-Band LTE-Betreiber Eigen- ständig GSM-Betreiber Schutzband LTE-Betreiber GSM/UMTS/LTE-Betreiber Abb. 5 NB-IoT ist eng verwandt mit 4G-LTE Diese Flexibilität der Bereitstellung und die Möglichkeit, vorhandene Netzanlagen zu verwenden, ist ein großer Vorteil gegenüber proprietären Funktechnologien wie Sigfox und LoRa. Dort muss eine neue Netzinfrastruktur, z.B. Gateways, Masten und Repeater separat bereitgestellt und verwaltet werden. Entweder von einem Netzbetreiber oder direkt von einem Unternehmen oder Unternehmenskonsortium. Solche Bereitstellungen sind nicht nur kostspielig und langwierig. Sie können auch Schwierigkeiten bei der Planungserlaubnis und der Backhaul-Bereitstellung sowie andere hartnäckige Probleme nach sich ziehen. Vor allem in dicht besiedelten Stadtgebieten. Narrowband-IoT 10 2017
  • 11. Narrowband-IoT 11 2017 Aguas de Valencia: Fernüberwachung ohne mühselige Netzverwaltung Bei Aguas de Valencia handelt es sich um ein multinationales Wasserversorgungsunternehmen. Das Unternehmen setzt auf Innovationen und hat schon früh die automatisierte Zählerablesung eingeführt. Heute unterhält es über 600.000 Geräte zur automatisierten Zählerablesung. Diese nutzten bis jetzt eine proprietäre Technologie, weshalb Aguas de Valencia eine eigene Infrastruktur installieren und unterhalten musste. Das Unternehmen wollte auf eine neue Kommunikationstechnologie umsteigen, die die Fernüberwachung von Zählern ohne eigene Infrastruktur ermöglicht. NB-IoT war dafür die ideale Wahl. Aguas de Valencia testete in Zusammenarbeit mit Vodafone bei einem Versuch, ob NB-IoT Netzab- deckung an schwer zu erreichenden Zählerstandorten bieten kann. „Der wichtigste Aspekt des Versuchs war die Ermittlung von Standorten, die für das Signal schwerer erreichbar sind, zum Beispiel Zählerräume in Kellern mit geringer oder ohne Netzabdeckung, unterirdische Zählerkästen und Nischen mit Metallabdeckungen, die das Signal blockieren. Bislang sind die Ergebnisse sehr vielversprechend, da das Signal an allen getesteten Standorten sein Ziel ohne Probleme erreichen konnte. Wir werden die Datenübertragung an ein Telekommunikationsunternehmen auslagern können, das für die Qualität und Sicherheit der Daten garantiert. Die Betriebsdauer eines Zählers beträgt rund zehn Jahre, was der Batterielaufzeit entspricht, die diese Technologie bieten kann.“ Víctor González, Leiter für Zähler und Fernablesung, Aguas de Valencia Zum Video
  • 12. 2.Breite Marktunterstützung als offener 3GPP-Standard Wenn Sie sich für 10 Jahre oder länger auf eine LPWA- Technologie festlegen, müssen Sie sicher sein, dass Ihre gewählte Technologie eine gesicherte Zukunft hat. Da NB-IoT ein offener 3GPP-Standard ist, haben Unternehmen die Gewissheit, dass sie eine risikoarme, langfristige Technologieentscheidung treffen. Sie gehen keine Gefahren ein, die mit proprietärer Technologie verbunden sind. Sigfox ist eine vollkommen proprietäre Technologie. Zwar gibt es eine Reihe von Herstellern von Sigfox-Clientgeräten und Sigfox-Netzbetreiber, doch alle Daten durchlaufen die Sigfox-Cloud. Dort sind sie über APIs abrufbar. Unternehmen, die sich für Sigfox entscheiden, könnten für künftigen Support von der kontrollierenden Firma abhängig sein. Sie müssen an die langfristige Sicherheit Ihrer Bereitstellung intelligenter Zähler denken und die für Sie sicherste Technologie wählen. LoRa wird durch die LoRa Alliance unterstützt. Das gemeinsam mit IBM entwickelte LoRaWAN- Netzwerkprotokoll ist Open Source. Doch die zugrunde liegende Funktechnik ist proprietär. Kunden sind also wiederum an einen einzigen Anbieter gebunden. Außerdem werden proprietäre Lösungen weder der gleichen mehrseitigen Überprüfung unterzogen wie offene Standards, noch besteht bei ihrer Entwicklung der gleiche Zugang zu Forschungs- und Entwicklungsressourcen. Das kann eine wichtige Überlegung sein, wenn es um Fragen wie Sicherheit oder Leistungsoptimierung geht. Eine proprietäre Technologie, die auf dem gewerblichen geistigen Eigentum eines einzigen Anbieters beruht, erfordert zusätzliche Kosten. Sigfox und der LoRa- Entwickler Semtech lizenzieren ihre Technologien gegen eine Gebühr an die Hersteller von Netzausrüstung und Geräten. Diese Gebühr wird an die Unternehmenskunden weitergegeben. Wenn die Kosten für Geräte sich auf jeweils 2 bis 10 $ belaufen und Unternehmen potenziell Millionen Geräte kaufen, sind die Gemeinkosten für das geistige Eigentum nicht unerheblich. Narrowband-IoT hingegen profitiert von allen positiven Folgen der Marktkräfte. Schon jetzt genießt NB-IoT breite Unterstützung von Netzbetreibern wie AT&T, Telefonica, China Unicom, China Mobile, Deutsche Telekom, Verizon, Telstra und Vodafone. Selbst Betreiber, die LoRa und Sigfox einsetzen, wie Orange, investieren parallel auch in NB-IoT. Insgesamt wird NB-IoT von über 30 der weltgrößten Betreiber unterstützt. Zusammen bieten sie Kommunikationsleistungen für über 3,4 Milliarden Kunden an. Außderdem bedienen sie geografisch mehr als 90 % des IoT-Marktes. Diese Verbreitung wird exponentiell zunehmen. Sie stärkt die Position von NB-IoT als die am weitesten verbreitete LPWA-Technologie. Das bedeutet auch, dass Kunden die Bereitstellungen auf der ganzen Welt auf Grundlage einer LPWA-Technologie standardisieren können. Dieselben Trends gelten für Gerätehersteller. Führende Ausrüstungsproduzenten wie Ericsson, Huawei, Nokia, Qualcomm und Intel haben sich alle NB-IoT verschrieben. Das heißt, dass Kunden eine größere Auswahl an Endgeräten für verschiedene Anwendungsfälle erhalten werden, zu geringeren Kosten. „Schaut man sich die Geschichte der Drahtlostechnik an, so basieren die einzigen erfolgreichen Technologien auf offenen Standards. Es gibt keine Beispiele für sehr erfolgreiche proprietäre Technologien, daher sehe ich nicht, wie die proprietären LPWA-Anbieter langfristig bestehen können.“ Professor William Webb, CEO, Weightless; ehemaliger President, IET; ehemaliger Director, Ofcom Narrowband-IoT 12 2017
  • 13. 3.Einfache Integration in herkömmliche Ökosysteme der Mobilfunktechnik Kommunikationstechnologien sollten gut mit anderen Elementen der IoT-Lösung zusammenarbeiten. Wenn sie nur schwer in die entsprechenden Anwendungen und Prozesse zu integrieren sind, leidet der Gesamt-ROI des Projekts darunter. NB-IoT verhält sich sehr ähnlich wie herkömmliche Mobilfunktechnologien. Mit zuverlässiger Handhabung des Datenverkehrs, Sicherheitsmerkmalen und so weiter. Speziell im Vodafone-IoT-Netz können NB-IoT-Verbindungen nahtlos neben anderen IoT-SIMs auf der Global IoT Platform verwaltet werden. Darunter Reporting, Self-Service-Kontrolle über SIM-Status, Nutzung von Warnungen und Geschäftsregeln sowie API-Zugriff. Sie müssen keine separaten Prozesse, Nutzerzugriffsrechte, Softwareplattformen oder Dokumente pflegen, um Ihre LPWA-Bereitstellungen zu verwalten. Andere LPWA-Technologien weisen unter Umständen spezifische Verhaltensweisen oder Einschränkungen auf, die Anwendungsentwickler verstehen und einplanen müssen. Zur Minimierung des Stromverbrauchs erlaubt Sigfox z.B. die Downstream-Kommunikation vom Netz zum Gerät nur während eines festgelegten Horchzeitraums von ca. 20 Sekunden, nachdem das Gerät eine Verbindung initiiert hat. Ein Zeitraum, der für eine Nachrichtenbestätigung oder eine Antwort gedacht ist. Mit anderen Worten, das Netz kann das Gerät nicht aktivieren. Dies ist potenziell eine erhebliche Einschränkung für Anwendungen, wo die Ausgabe zentraler Befehle einen wichtigen Teil der gewünschten Funktionalität darstellt. Z.B. das manuelle Außerkraftsetzen des üblichen Zeitplans für das Dimmen intelligenter Straßenlaternen, um in einer Notlage für bessere Sicht zu sorgen. Die Handhabung des Datenverkehrs von LoRa ist extrem limitiert. Unter hoher Datenlast können die Verluste von Datenpaketen bei über 60 % liegen. LoRa unterstützt nur eine einfache flag-basierte Methode zur Bestätigung der Paketzustellung. Dabei muss ein zweites Paket dazu gesendet werden, was die Netzlast weiter erhöht. Außerdem kommt es zu mehr Kollisionen und noch mehr Paketverlusten. Und zu einer unvorhersehbaren Latenz, die durch die erneute Übertragung von Daten verursacht wird. Das bereitet Entwicklern, die auf eine zugesicherte, pünktliche Zustellung von Datenpaketen angewiesen sind, echte Kopfschmerzen. Testlabore für NB-IoT vereinfachen die Lösungsentwicklung Die Branchengemeinschaft hinter NB-IoT ist dabei, auf der ganzen Welt eine Reihe von Open Labs zu eröffnen. Damit erhalten Hardware-Entwickler und Unternehmen einen Platz, um NB-IoT-basierte Lösungen in einer abgeschlossen Netzumgebung zu entwickeln, zu testen und zu zertifizieren. Das weltweit erste NB-IoT Open Lab in Newbury wurde 2016 von Vodafone und Huawei gestartet; ein zweites wurde im Februar 2017 in Düsseldorf eröffnet. China Mobile, Etisalat und viele andere werden im Verlauf von 2017 folgen. Um einen Besuch in unserem Open Lab zu vereinbaren, wenden Sie sich an Ihren Vodafone Account Manager. Mehr zu NB-IoT finden Sie auf vodafone.de/nb-iot. Narrowband-IoT 13 2017
  • 14. 3 Sicherheit und Verfügbarkeit LPWA-Bereitstellungen müssen genauso geschützt werden wie jede andere IoT-Lösung. NB-IoT zeichnet sich durch die bewährten Sicherheitsmerkmale von LTE aus. LPWA-Sicherheit ist von Bedeutung Umfragen unter Unternehmen, die IoT-Projekte einführen, darunter auch das Vodafone IoT Barometer, hebt die Bedeutung der Sicherheit in IoT-Bereitstellungen hervor. Unternehmen sind besorgt, dass ihre IoT-Geräte und -Verbindungen für Hacker anfällig sein könnten, die Daten stehlen, Services unterbrechen oder Störungen durch Übernahme der Kontrolle über Remote-Anlagen verursachen. Die Ansicht, dass LPWA-Geräte zu limitiert oder uninteressant sind, um Schutz zu bedürfen, ist entbehrt jeder sachlichen Grundlage. Denn was ist das Schlimmste, das passieren kann, wenn ein Hacker einen einfachen Sensor manipuliert, etwa in einer intelligenten Mülltonne oder einem Rauchmelder? Tatsächlich ist die Sicherheit dieser Geräte von großer Bedeutung. Könnte ein Angreifer zehntausend Rauchmeldungen gleichzeitig auslösen, der städtischen Müllabfuhr mitteilen, dass sämtliche Mülltonnen in der Stadt unverzüglich geleert werden müssen oder die Felder eines Landwirts durch Manipulation von Bodensensoren mit Düngemittel überschütten, wäre Chaos die Folge. Die Sicherung sehr einfacher Geräte ist schwierig Die Schwierigkeit liegt darin, wie diese Geräte in der Praxis mit den grundlegenden Sicherheitssäulen wie Authentifizierung und Verschlüsselung angemessen zu sichern sind. Die meisten LPWA-Bereitstellungen bieten vom Design her wenig Raum für Sicherheit. Für ein 2 bis 5 $ teures Gerät, das Strom sparen muss, ist der Prozessoraufwand für die Ver- und Entschlüsselung von Datenverkehr nicht unbedeutend. Und angesichts der Einschränkungen eines Duty Cycle von 1 % kann es schwierig sein, die wenigen zusätzlichen notwendigen Bytes zur Authentifizierung einer Kommunikationssitzung zur Verfügung zu stellen. Der gleiche begrenzte Durchsatz lässt auch keine freie Kapazität für das Patchen von Geräten, um Sicherheitslücken zu schließen, die während ihrer Zeit im Feldeinsatz entdeckt werden. Eine zentrale Überwachungslösung zur Ermittlung verdächtigen Datenverkehrs als oberste Schicht hinzuzufügen ist eine Antwort. Sie bewirkt aber wenig zur tatsächlichen Verhinderung oder Reaktion auf Störungen. Narrowband-IoT 14 2017 VF_E_0009_18_IoT_Narrowband_whitepaper_deutsch_210x297_RZ.pdf 1 24.07.18 10:42
  • 15. Andere LPWA-Technologien bieten keine ausreichende Sicherheit In den Augen der Sicherheitscommunity haben sowohl LoRa als auch Sigfox Nachteile: Ein proprietärer Code verringert die Möglichkeit, ihn zu untersuchen und Schwachstellen zu erkennen, bevor sie von Hackern ausgenutzt werden. Davon abgesehen ist weder in LoRa noch in Sigfox ausreichend robuste Sicherheit integriert. Sigfox bietet fast gar keine Sicherheit: Der Kommunikationskanal ist nicht verschlüsselt. Es ist keine Authentifizierung eingebaut. Sigfox empfiehlt, die Sicherheit stattdessen in der Anwendungsschicht zu verwalten. LoRa verschlüsselt den Nachrichteninhalt mit einem Anwendungssitzungsschlüssel, und die Integrität der Nachricht wird mit einem Netzsitzungsschlüssel überprüft. Beide Schlüssel werden bereitgestellt, wenn das Gerät eine Verbindung zum Netz herstellt. Doch die Verwaltung kryptografischer Schlüssel ist schwierig. Da für die Übertragung in ISM-Funkfrequenzbändern keine Lizenz erforderlich ist, kann zudem jeder – auch ein böswilliger Hacker – ganz legal Daten übertragen, die mit der LoRa-Spezifikation kompatibel sind und damit legitime LoRa- Datenübertragungen blockieren, wodurch ein Denial-of Service-Effekt erzielt wird. Denial-of-Service ist genauso schädlich wie eine Sicherheitsverletzung. NB-IoT hat die gleiche Authentifizierung und Verschlüsselung wie LTE NB-IoT ist ein 3GPP-Standard, der auf LTE basiert, und zeichnet sich durch alle damit verbundenen Sicherheitstechniken aus. Ein bei der Herstellung in die NB-IoT-SIM integrierter Geheimschlüssel dient dazu, das Netzwerk und das Gerät gegenseitig zu authentifizieren. Und regelmäßig aktualisierte Sitzungsschlüssel für die Verschlüsselung des Datenverkehrs zwischen dem Gerät und dem Kernnetz zu generieren. Wenn notwendig und praktikabel, können Gerät, Kommunikation und Anwendung natürlich mit zusätzlichen „oben hinzugefügten“ Sicherheitsschichten versehen werden, um das Maß an Schutz zu erhöhen. Narrowband-IoT 15 2017
  • 16. Sie wollen NB-IoT testen? Wir sind überzeugt: Die technischen und Marktvorteile machen NB-IoT zur besten Wahl für Unternehmen, die heute nach einer LPWA-Lösung suchen. Testen Sie die Technologie natürlich selbst, bevor Sie sich festlegen. Dabei helfen wir Ihnen gerne. NB-IoT in 3 Schritten zum Open Lab: Vodafone Diskutieren Sie über NB-IoT im Rahmen des NB-IoT-Forums der GSMA. Erleben Sie NB-IoT in unserem Open Lab in Düsseldorf. Dort können Sie beispielhafte Hardware-Module testen und unsere Netztestumgebung genauer untersuchen. Wenden Sie sich an Ihren Vodafone Account Manager, um NB-IoT-Beispielmodule im Open Lab zu testen. Weitere Infos auf: vodafone.de/nb-iot Über uns Wir sind die Speerspitze in Sachen IoT und NB-IoT. Über 25 Jahre Erfahrung beim Thema IoT – und über 45 Millionen aktive IoT-Verbindungen. Unsere IoT-Kunden kommen aus allen Branchen. Dadurch haben wir tiefgreifende Einblicke in die Arten von Anwendungen erhalten, die die Nachfrage nach LPWA-Technologien vorantreiben. Und diese Einblicke setzen wir in die Praxis um: als Vorsitz des NB-IoT-Forums und als einer der führenden Entwickler von 3GPP-IoT-Standards. Am bekanntesten sind wir natürlich als Betreiber eines der weltgrößten Kommunikationsnetze. Außerdem wollen wir NB-IoT bis 2020 vollständig in unserem Netz einführen. Wir haben schon NB-IoT-Praxistests und Kundenpilotprojekte in Städten und ländlichen Gemeinden auf der ganzen Welt gemacht. Aber unser Angebot reicht weit über reine Netzkonnektivität hinaus. Angefangen bei unseren professionellen Services und Testanlagen, die Sie beim Start Ihres Projekts unterstützen, bieten wir alles, was Sie brauchen: unsere marktführende IoT-Konnektivitätsplattform, eine Reihe sicherer, globaler SIM-Typen sowie marktführende Hardware – sowohl von uns als auch von verschiedensten Partnern. Mehr über uns und unsere Aktivitäten erfahren Sie auf vodafone.de/iot. Narrowband-IoT 16 2017
  • 17. vodafone.de/nb-IoT Vodafone Gruppe 2017. Dieses Dokument wird von Vodafone herausgegeben und ist vertraulich zu behandeln. Ohne die vorherige ausdrückliche schriftliche Zustimmung von Vodafone darf es weder als Ganzes noch in Teilen reproduziert werden. Vodafone und die Vodafone Logos sind Warenzeichen der Vodafone Gruppe. Weitere in diesem Dokument genannte Produktnamen und Marken sind Warenzeichen der jeweiligen Eigentümer. Die in diesem Dokument enthaltenen Informationen entsprechen dem Stand zum Zeitpunkt der Drucklegung. Jeglicher Verlass auf die Informationen erfolgt auf Risiko des Empfängers. Kein Mitglied der Vodafone Gruppe übernimmt jegliche Haftung für den Gebrauch der Informationen. Vodafone behält sich das Recht vor, diese Informationen zu ändern und die angebotenen Leistungen zu modifizieren, zu ergänzen oder auszusetzen, ohne dass es einer vorherigen Ankündigung bedarf. Alle Leistungen unterliegen den Allgemeinen Geschäftsbedingungen, die auf Anfrage erhältlich sind.