Symbolbild zur Vernetzung einer Stadt via Narrowband-IoT
IoT

Narrowband IoT – so funktioniert das Maschinennetz

Das Internet of Things oder kurz IoT gilt als größtes Wachstumssegment im Mobilfunk. Expert:innen schätzen, dass bis 2025 rund 55 Milliarden Geräte weltweit vernetzt sind. Dabei stellen vernetzte Maschinen und Geräte spezielle Anforderungen ans Mobilfunknetz. Die Technologie des Narrowband IoT (NB-IoT) soll besonders schwierige Anforderungen erfüllen. Schon jetzt funkt dieses Maschinennetz nahezu deutschlandweit.

Den Aufbau des neuen Maschinennetzes treibt Vodafone in ganz Deutschland mit Hochdruck voran. Es ist bereits in 95 Prozent des Bundesgebietes verfügbar.

Der großflächige Ausbau ermöglicht dadurch auch Anwendungen, die sich über ganz Deutschland erstrecken. Zum Beispiel in der Logistik: Rohstoffe, Pakete oder Container werden über das Maschinennetz während der gesamten Wertschöpfungskette an allen Standorten vernetzt und überwacht. Vodafone stellt mit der neuen Technologie die Kapazität zur Verfügung, um in Deutschland bis zu vier Milliarden Geräte gleichzeitig zu vernetzen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Narrowband IoT?

Narrowband IoT, oder kurz NB-IoT, ist ein Funkstandard speziell für das Internet der Dinge (IoT). Er nutzt bereits vorhandene Mobilfunknetze und erweitert diese um zusätzliche Funktionen speziell für die Kommunikation zwischen Maschinen.
Sensoren, die über Narrowband IoT funken sind besonders stromsparend. Sie verbrauchen nur dann Strom, wenn wirklich Daten übertragen werden. An- und Abmeldeprozesse der Sensoren vor und nach der Datenübertragung entfallen, weil das Maschinennetz jeden Gegenstand im Gedächtnis behält. Das Netz weiß also immer, in welchen Abständen die Gegenstände welche Informationen übermitteln.
So erreichen die Akkus der Sensoren Laufzeiten von bis zu zehn Jahren. Das macht eine externe Stromversorgung überflüssig. Narrowband IoT ist damit ideal für Geräte und Maschinen, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, beispielsweise Warenpaletten oder Sensoren im Außenbereich.
Nicht zuletzt sind die Stückkosten pro NB-IoT-Vernetzung deutlich geringer, als dies bei einem normalen Mobilfunkanschluss der Fall wäre. So können Sie zahlreiche Sensoren zu Sensornetzwerken zusammenschließen und diese beispielsweise über Ihre Cloud aus der Ferne überwachen.
Das Bild zeigt eine Hand unter einer symbolischen Wolke

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NB-IoT – vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Vernetzte Verkaufsautomaten, kommunizierende Frachtpaletten, smarte Strom- und Wasserzähler, funkende Medizinsensoren – das sind nur einige wenige Beispiele für die fast unendlichen Anwendungsmöglichkeiten im Internet der Dinge.
Die Bandbreite von Anwendungsbeispielen ist dabei grenzenlos: Zu Pilotprojekten für NB-IoT, die Vodafone gemeinsam mit weiteren Partnern bereits umgesetzt hat, zählen beispielsweise eine Wand, die Graffiti-Sprayer „riechen“ kann. Gasflaschen, die auf sich aufmerksam machen, wenn sie gefüllt werden müssen. Oder Umkleidespinde, die einen Alarm aussenden, wenn sie unrechtmäßig dauerhaft blockiert werden. Ein ausgefallenes Beispiel ist auch der Moocall, der Landwirten durch vernetzte Kühe in der Viehwirtschaft hilft.
Künftig werden mehr und mehr Gegenstände gleichzeitig miteinander vernetzt sein und untereinander kommunizieren – kostengünstig und von überall.
Eine Reihe von NB IoT-Briefkästen
Ist mein Briefkasten voll oder leer? Hierüber könnte demnächst dank NB IoT eine App Aufschluss geben.

Welche Technik liegt dem Schmalband-IoT (Narrowband IoT) zugrunde?

Basis für smarte Vernetzung und das Internet der Dinge ist schneller Mobilfunk. Auch wenn Anwendungen bereits unter 4G/LTE umgesetzt werden konnten, sind langfristig gesehen noch schnellere Verbindungen beim Austausch noch größerer Datenmengen erforderlich. Das Ergebnis heißt demnach Narrowband IoT und ist technisch betrachtet ein Unter-Profil des 4G/LTE-Standards. Diese IoT-Spezialversion von LTE zeichnet sich durch robuste Übertragung auch bei schwierigen Empfangsverhältnissen, bestmögliche Sicherheit durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, massive Skalierbarkeit sowie extrem geringen Energieverbrauch aus.
Mit einem Empfindlichkeitsgewinn von 20 Dezibel gegenüber dem GSM-Standard können die Funksignale auch Gebäude und dickere Wände gut durchdringen. Der Standard ist für vergleichsweise geringe Datenraten von 20 Kilobit/Sekunde bis maximal 250 Kilobit/Sekunde ausgelegt. Dabei wird die Datenübertragung in der Regel nicht kontinuierlich, sondern nur sporadisch stattfinden – beispielsweise, um einmal am Tag einen Zählerstand oder bei Auslösen eines Sensors eine entsprechende Meldung zu übertragen. Deshalb können die Funkmodule auch sehr energieeffizient arbeiten und somit lange Batterielaufzeiten bei NB-IoT-Endgeräten erreichen.
Lageristin arbeitet am Tablet

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Warum Narrowband IoT?

Die Kommunikation der Maschinen stellt besondere Anforderungen an die Mobilfunknetze. Hierbei stehen nicht die Datenrate und oder die Latenz- oder Reaktionszeit im Vordergrund. Vielmehr sollen vernetzte „Dinge“ mit möglichst geringem Energieverbrauch kommunizieren, damit sie möglichst lange mit einer Batterie- oder Akkuladung auskommen.
Gleichzeitig sollen die vernetzten Geräte auch unter funktechnisch ungünstigen Bedingungen zuverlässig erreichbar bleiben. Das gilt für Verbrauchszähler in tiefen Kellern oder für Frachtstücke im Inneren eines mit Stahlblech verkleideten Lkws oder Eisenbahnwaggons. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von „Low Power Wide Area Networks“ (LPWAN).
NB-IoT ist mit seinen Vorteilen und Eigenschaften die Grundlage für unzählige Anwendungen und Geschäftsmodelle einer digitalen und zukunftsträchtigen Geschäftswelt. Mit seinem Netzausbau schafft Vodafone die notwendigen Kapazitäten, um in Deutschland bis zu 4 Milliarden Geräte gleichzeitig zu vernetzen – ein wichtiger Grundstein für eine digitale, gut vernetzte Zukunft.

Praxisbeispiel: Druckluftüberwachung bei ALMiG

Die Firma ALMiG aus dem baden-württembergischen Köngen ist auf Technik für die Erzeugung und Aufbereitung von Druckluft spezialisiert und gehört hier zu den führenden Systemanbietern. Der Unternehmensname steht für Automatische Luftpumpen – Made in Germany.
Die von ALMiG angebotenen Druckluftsysteme sind auf Kundenwunsch per Narrowband IoT oder LTE-M vernetzt. Das Unternehmen verwendet Modbus Cloud Connect von Vodafone und grandcentrix (einem Tochterunternehmen der Vodafone GmbH) für die IoT-Anbindung seiner Maschinen. Da die Geräte kundenseitig oft in Maschinenräumen oder Kellern aufgestellt werden, bewähren sich hier die für die Datenübertragung genutzten LPWA- Technologien (Low Power Wide Area) Narrowband IoT und LTE M, die ihre Signale selbst durch dicke Mauern und andere Hindernisse hindurch senden und empfangen können.
Ralph Jeschabek, Head of Marketing ALMiG Kompressoren GmbH sagt dazu: ”Hilfreich waren für uns auch der schlanke Formfaktor und die Möglichkeit, unsere bestehenden Hutschienen zu nutzen, um so für unsere Maschinen ein IoT Upgrade anbieten zu können.“
Der Hersteller bietet zahlreiche Funktionen an, die so aus der Ferne überwacht werden können. Dazu gehören
  • Statusüberwachung
  • Asset Management
  • Analyse und Visualisierung von Maschinen-Einsätzen und -Auslastungen
Die von den Maschinen erhobenen Daten werden in einer Cloud-Plattform zusammengeführt, sodass die Nutzer:innen alle Gerätefunktionen stets in der Übersicht haben. Über ein Dashboard können selbst komplette Anlagenflotten inklusive ihrer nachgelagerten Systeme aus der Ferne überwacht werden.
So erhöht ALMiG mit Narrowband IoT Effizienz und Nutzwert seiner Druckluftsysteme und reduziert Wartungsaufwand und Wegezeiten für seine Kund:innen.

Narrowband IoT in der Übersicht

  • Narrowband IoT ist ein Funkstandard speziell für die Maschinen- und Gerätevernetzung im IoT.
  • Bereits mehr als 95 Prozent des Bundesgebietes ist im Vodafone-Netz mit Narrowband IoT abgedeckt.
  • Aufgrund seines geringen Energiebedarfs ist Narrowband IoT ideal auch für mobile Sensoren ohne Versorgung durch das vorhandene Stromnetz, beispielsweise im Außenbereich oder in der Logistik.
  • Mittels Cloud-Plattformen können Unternehmen ihre IoT-Sensordaten übersichtlich zusammenführen und so auch größere Maschinenparks leicht überwachen.
  • Druckluftsystemehersteller ALMiG ermöglicht seinen Kund:innen mittels Narrowband IoT die Erfassung von Sensordaten auch in funktechnisch schlecht angebundenen Bereichen wie etwa unterirdischen Maschinenhallen.
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