Drahtlose Kommunikationstechnologie mit kurzer Reichweite vs. großer Reichweite

Drahtlose Kommunikationstechnologie hat sich auf dem Markt etabliert, da sie elektronischen Geräten und Netzwerken Komfort und Flexibilität bietet und ihre Installation keine teuren Kabel und Leitungen erfordert. Militär, Industrie, Landwirtschaft, Haushaltsgeräte und viele weitere Branchen benötigen drahtlose Kommunikationstechnologie. Jede Branche benötigt aufgrund ihrer Anwendung und Umgebung unterschiedliche technische Merkmale. Sowohl die Nah- als auch die Langstreckentechnologie haben ihre eigenen Merkmale. Entwickler müssen für ihre Anwendungen unterschiedliche Technologien wählen. In diesem Artikel erläutern wir ausführlich die Unterschiede zwischen der Nah- und Langstreckentechnologie. Wir helfen Ihnen bei der Entscheidung, welche drahtlosen Technologien und Lösungen für Sie geeignet sind.

Drahtlose Kommunikationstechnologie für kurze Reichweite

Die drahtlose Kurzstreckenkommunikation ist ein Netzwerkprotokoll, das entfernte Knoten über sehr kurze Distanzen verbindet. Kurzstreckenfunk minimiert Stromverbrauch, Volumen, Wärmeentwicklung und Kosten. Sie bietet zudem ein breites Spektrum an Szenarien, Technologien und Anforderungen und ist damit die ideale Lösung für die Automatisierung gewerblicher Gebäude, die hochdichte Sensorik in Gewächshäusern und die Energieüberwachung im Wohnbereich. Die meisten dieser Technologien werden in Form kleiner, kostengünstiger ICs oder kompletter Plug-in-Module implementiert. Wir definieren Kurzstreckenfunkkommunikation als ein System, das drahtlose Verbindungen im Bereich lokaler Interaktion ermöglicht, und listen sie in verschiedene Typen auf, damit Sie sie leichter verstehen können.

12 Arten drahtloser Kommunikationstechnologie für kurze Entfernungen

• Bluetooth
• Cellular
• WLAN
• Zigbee
• UWB
• IR
• IEEE
• ISM-Band
• Nahfeldkommunikation
• RFID
• 6LoWPAN
• Z-Welle

Bluetooth

Bluetooth ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie für kurze Distanzen, die auf dem IEEE 802.5.1-Standard basiert und weniger Strom verbraucht als WLAN. Bluetooth wurde ursprünglich für die Datenübertragung von einem PC zu Peripheriegeräten wie Maus, Tastatur, Drucker, Mobiltelefon, Headset, PDA usw. entwickelt. Für diese Anwendungen wird Bluetooth als WPAN (Wireless Personal Area Network) bezeichnet. Bluetooth verwendet eine Sternnetzwerktopologie, die es einem einfachen Netzwerk von bis zu sieben Geräten ermöglicht, mit einem einzigen Zugangspunkt zu kommunizieren.

Bluetooth arbeitet im 2.4-Hz-ISM-Band und wird mithilfe eines Frequenzsprung-Spreizspektrums mit GFSK, differenziellem DQPSK oder 8DPSK moduliert. Die gesamte Basisdatenrate beträgt 1 Mbit/s für GFSK, 2 Mbit/s für DQPSK und 3 Mbit/s für 8DPSK. Es gibt außerdem 3 Leistungspegel: 0 dBm (1 mW), 4 dBm (2.5 mW) und 20 dBm (100 mW), die im Wesentlichen die Entfernung bestimmen. Die Standardentfernung beträgt etwa zehn Meter bei einer maximalen Leistung von über 100 Metern und freier Strecke.

Der Bluetooth-Beacon und Bluetooth-Modul von MOKOSMART integriert das BLE-Protokoll. BLE ist eine einfache Möglichkeit, Module zu konfigurieren und Daten von etablierten Standortbaken und batteriebetriebenen drahtlosen Sensoren aufzuzeichnen. Die Kommunikationsreichweite beträgt 300 Fuß oder weniger und zum Glück verbraucht es wenig Strom. Deshalb ist es ein gutes sekundäres Protokoll für IoT-Lösungen.

Wi-Fi

WLAN ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie für kurze Distanzen, die auf dem IEEE 802.11-Standard basiert. Sie wird häufig in PCs, Laptops und Desktops, Smart-TVs, Smartphones, Drohnen, Smart-Lautsprechern, Druckern und Autos eingesetzt. WLAN-Bänder haben eine hohe Absorption und eignen sich am besten für die Nutzung mit Sichtverbindung. Viele häufige Hindernisse wie Wände, Haushaltsgeräte usw. können die Reichweite erheblich reduzieren. Gleichzeitig trägt es dazu bei, Interferenzen zwischen verschiedenen Netzwerken zu reduzieren.

IEEE 802.11a arbeitet mit 5 GHz und einer maximalen Datenrate von 54 Mbit/s. IEEE 802.11b und IEEE 802.11g arbeiten mit 2.4 GHz und erreichen maximale Datenübertragungsraten von 11 Mbit/s bzw. 54 Mbit/s. Für die WLAN-Kommunikation stehen verschiedene Frequenzbereiche zur Verfügung: 900 MHz, 2.4 GHz, 5 GHz, 5.9 GHz und 60 GHz. Jeder Bereich ist in mehrere Kanäle unterteilt. Jedes Land hat eigene Vorschriften für die zulässigen Kanäle. Auch das ISM-Band ist weit verbreitet.

Das eingebettete WLAN-Modul ist mit jeder Basisstation in der Nähe kompatibel und verfügt über eine Standard-WLAN-Reichweite von bis zu 300 Metern bei hohem Durchsatz. Dies gleicht den zusätzlichen Konfigurationsaufwand von WLAN und die Mehrkosten stromhungriger Protokolle teilweise aus und eignet sich daher ideal für die Erweiterung eines bestehenden Netzwerks um Geräte. Stellen Sie jedoch sicher, dass Ihr Vorbereitungsplan ausreichend Ressourcen für die Verwaltung mehrerer Authentifizierungseinstellungen im Laufe der Zeit umfasst.

Zigbee

ZigBee ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll für kurze Reichweiten, das auf IEEE 802.15.4 basiert. Es dient zur Erstellung von PANs mit stromsparenden und kleinen Digitalfunkgeräten, die günstiger sind als andere drahtlose Personal Area Networks (WPANs) wie Bluetooth oder WLAN und für die Heimautomatisierung und die Datenerfassung medizinischer Geräte eingesetzt werden können. Zu den Anwendungen gehören Verkehrsmanagementsysteme, drahtlose Lichtschalter, Stromzähler mit Heimdisplays und andere Geräte, die eine drahtlose Datenübertragung mit kurzer Reichweite und niedriger Datenrate benötigen. Kurz gesagt: ZigBee ist ein drahtloses Netzwerk mit geringem Stromverbrauch und niedriger Datenrate für kurze Reichweiten (d. h. für den persönlichen Bereich).

Dieser Standard arbeitet in den lizenzfreien ISM-Bändern von 2.4 bis 2.4835 GHz (weltweit), 902 bis 928 MHz (USA und Australien) und 868 bis 868.6 MHz (Europa). Die 16 Kanäle liegen im 2.4-GHz-Band und sind 5 MHz voneinander entfernt, wobei jeder Kanal nur 2 MHz Bandbreite nutzt. Das Funkgerät verwendet Direct Sequence Spread Spectrum Coding. Der digitale Datenstrom leitet dies in den Modulator ein. BPSK wird in den 868- und 915-MHz-Bändern und OQPSK im 2.4-GHz-Band betrieben und überträgt 2 Bit pro Symbol.

Die reine drahtlose Datenrate beträgt im 2.4-GHz-Band 250 kbit/s pro Kanal, im 915-MHz-Band 40 kbit/s pro Kanal und im 868-MHz-Band 20 kbit/s. Bei Innenanwendungen beträgt die Übertragungsreichweite im 2.4-GHz-Band 10–20 Meter.

UWB

Ultrabreitband (UWB) ist ein von der WiMedia Alliance definierter Standard für Funkkommunikation im Nahbereich. Durch den extrem niedrigen Stromverbrauch vermeidet UWB Interferenzen im Frequenzband von 3.1 bis 10.6 GHz für die Kommunikation über kurze Distanzen und mit hoher Bandbreite. Die maximale Kommunikationsdistanz beträgt etwa zehn Meter. In den meisten Anwendungen liegt die Reichweite unter wenigen Metern. Das Frequenzband ist in mehrere 528 MHz breite Kanäle unterteilt. Die Datenrate reicht von 53 Mbit/s bis 480 Mbit/s. UWB bietet vor allem Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen für Fernseher, Kameras, Laptops usw. Neuere Anwendungen konzentrieren sich auf die Erfassung von Sensordaten, Tracking-Anwendungen und Präzisionspositionierung. Im Gegensatz zum Spread Spectrum beeinflusst der Übertragungsmodus von UWB die herkömmliche Schmalband- und Trägerübertragung im selben Frequenzband nicht.

IR

Infrarot-Funk nutzt anstelle von Funk eine niederfrequente, unsichtbare Lichtverbindung. Der Hauptwellenlängenbereich liegt zwischen 850 und 940 μm. Der Sender nutzt eine Infrarot-Leuchtdiode, der Empfänger einen Dioden-Fotodetektor und einen Verstärker. Lichtwellen werden häufig mit Hochfrequenzsignalen moduliert, die wiederum für die Übertragung kodiert und moduliert werden.

IrDA ist ein separater Standard zur Datenübertragung. Die Infrared Data Association pflegt die Spezifikationen. Die Übertragungsrate reicht von 9.6 bis 115.2 kbit/s, einschließlich 4 Mbit/s, 16 Mbit/s, 96 Mbit/s und 512 Mbit/s bis 1 Gbit/s. Neue Standards für Übertragungsraten von 5 und 10 Gbit/s sind in Entwicklung, mit Reichweiten von weniger als einem Meter.

IR bietet mehrere entscheidende Vorteile. Erstens ist es unempfindlich gegenüber Funkstörungen, da es sich um Licht und nicht um Funkwellen handelt. Zweitens ist sein Signal schwer abzufangen oder zu manipulieren und daher äußerst sicher.

Infrarotspektroskopie wurde früher häufig in Druckern, Laptops und Kameras eingesetzt. Sie wurde jedoch weitgehend durch Bluetooth, WLAN und andere drahtlose Kommunikationstechnologien mit kurzer Reichweite ersetzt. Auch heute noch wird die Funkfernbedienung häufig für Verbraucher eingesetzt.

IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 wurde entwickelt, um Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und drahtlose Sensornetzwerke zu unterstützen. Mehrere drahtlose Standards verwenden den 802.15.4-Standard als PHY/MAC-Basis

Der Standard definiert drei grundlegende Frequenzabstände. Das am häufigsten genutzte Band ist das globale 3-GHz-ISM-Band. Die Basisdatenrate beträgt 2.4 kbit/s. Der andere Bereich ist das 250–902 MHz ISM-Band (928 Kanäle) in den USA. Die Datenrate beträgt 10 kbit/s oder 40 kbit/s.

Alle drei Bereiche werden mittels DSSS mit BPSK oder Offset-QPSK moduliert. Der minimal definierte Leistungspegel beträgt -3 dBm (3 mW). 0.5 dBm ist der am häufigsten verwendete Leistungspegel. Ein Pegel von 0 dBm ist für Fernanwendungen vorgesehen. Die typische Reichweite beträgt maximal zehn Meter.

IEEE 802.22

Der IEEE 802.22-Standard, auch bekannt als Wireless Area Network (WRAN)-Standard, ist einer der neuesten IEEE-Funkstandards. Er ist für die Nutzung ungenutzter Fernsehkanäle ohne Lizenz, sogenannter White Space, konzipiert. Der Frequenzbereich der 6-MHz-Kanäle reicht von 470 MHz bis 698 MHz. Der Standard hat sich jedoch nicht allgemein durchgesetzt. White Space Radio verwendet proprietäre Protokolle und Funkstandards.

802.22-Funkgeräte müssen strenge Anforderungen erfüllen und ungenutzte Kanäle aufgrund möglicher Interferenzen mit Fernsehsendern finden. Funkgeräte verwenden frequenzflexible Schaltungen, um ungenutzte Kanäle zu scannen und auf mögliche Störsignale zu achten. Eine Basisstation kommuniziert sternförmig mit mehreren ortsfesten Benutzern, um Internetzugang oder andere Dienste zu erhalten.

Der Standard bietet ausreichend spektrale Effizienz für mehrere Benutzerkanäle mit Downloadgeschwindigkeiten von bis zu 1.5 Mbit/s und Uploadgeschwindigkeiten von 384 kbit/s. Die maximale Datenrate pro 6-MHz-Kanal liegt zwischen 18 und 22 Mbit/s. Der größte Vorteil des 22-MHz-Standards besteht darin, dass er sowohl VHF- als auch niedrige UHF-Frequenzen nutzt und Verbindungen mit sehr großer Reichweite ermöglicht. Mit einer maximal zulässigen effektiven isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von 4 W ist eine Basisstationsreichweite von 100 km möglich.

ISM Band

Das am häufigsten verwendete ISM-Frequenzband ist 2.4 bis 2.483 GHz für WLAN, schnurlose Telefone, Bluetooth, 802.15.4-Radio usw. Das zweitbeliebteste Band ist das 902-928-MHz-Band.

Weitere weit verbreitete ISM-Frequenzen sind 315 MHz für RKE-Anwendungen und das Öffnen von Garagentoren sowie 433 MHz für die Fernüberwachung der Temperatur. Weitere, weniger häufig genutzte Frequenzen sind 13.56 MHz, 27 MHz und 72 MHz.

Die Nahfeldkommunikation

Near Field Communication (NFC) ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie mit ultrakurzer Reichweite, die hauptsächlich für ähnliche Anwendungen und sichere Zahlungstransaktionen eingesetzt wird. Die maximale Reichweite beträgt etwa 20 cm, die typische Verbindungsdistanz 4 bis 5 cm. Diese kurze Distanz erhöht die Verbindungssicherheit, die zudem verschlüsselt ist. Viele Smartphones sind NFC-fähig, und das Ziel ist die Implementierung eines NFC-Zahlungssystems, bei dem Verbraucher mit ihrem Smartphone bezahlen können.

NFC nutzt die ISM-Managementfrequenz von 13.56 MHz. Auf dieser niedrigeren Frequenz befinden sich die Sende- und die Empfangsrahmenantenne. Die Übertragung erfolgt über das magnetische Feld des Signals anstelle des begleitenden elektrischen Felds.

NFC wird auch zum Lesen von Tags verwendet. Der stromlose Tag wandelt das HF-Signal in eine Gleichstromversorgung um, die anwendungsspezifische Informationen an Prozessor und Speicher liefert. Viele NFC-Transceiver-Chips können zur Implementierung neuer Anwendungen verwendet werden, und es gibt mehrere Standards.

Radiofrequenz-Identifikation

Radiofrequenz-Identifikation (RFID) wird hauptsächlich zur Identifizierung, Lokalisierung, Verfolgung und Verwaltung von Lagerbeständen eingesetzt. Ein in der Nähe befindliches Lesegerät sendet ein leistungsstarkes HF-Signal, um den passiven Tag mit Strom zu versorgen und liest anschließend die im Speicher des Tags gespeicherten Daten aus.

RFID-Tags Sie sind flach, günstig, klein und können an allen zu identifizierenden oder zu überwachenden Objekten angebracht werden. In einigen Anwendungen haben sie Barcodes ersetzt. RFID verwendet die ISM-Frequenz von 13.56 MHz, es werden aber auch andere Frequenzen verwendet, darunter 125 kHz, 134.5 kHz und Frequenzen im Bereich von 902–928 MHz. Es gibt verschiedene ISO/IEC-Standards.

6 LoWPAN

6LoWPAN bezieht sich auf IPv6-Protokolle in drahtlosen PANs mit geringem Stromverbrauch. Das vom ITEF entwickelte Protokoll ermöglicht die Übertragung von IPv4- und IPv6-Internetprotokollen über drahtlose Mesh-Netzwerke mit geringem Stromverbrauch und Peer-to-Peer-Verbindungen. RFC4944 ermöglicht zudem die Implementierung des IoT auf kleinsten Remote-Geräten. Dieses Protokoll bietet Kapselungs- und Header-Komprimierungsroutinen für 802.15.4-Funk.

Z – Welle

Z-Wave ist eine drahtlose Mesh-Netzwerktechnologie mit kurzer Reichweite und bis zu 232 Knoten. Der Funktransceiver arbeitet in den USA und Kanada im ISM-Band (908.42 MHz), nutzt aber je nach nationalen Vorschriften auch andere Frequenzen. Der Modulationsmodus ist GFSK. Die Datenraten liegen zwischen 9600 Bit/Sekunde und 40 Bit/Sekunde. Im Freifeld beträgt die Reichweite bis zu 30 Meter. Die Reichweite beim Durchdringen von Wänden ist deutlich geringer. Z-Wave wird hauptsächlich in Thermostaten, Türschlössern, Hausautomation, Beleuchtung, Rauchmeldern, Sicherheitssystemen und anderen Haushaltsgeräten eingesetzt.

Vergleich zwischen UWB, WIFI, Zigbee und Bluetooth

Typische Anwendungen der drahtlosen Nahbereichskommunikationstechnologie

Drahtlose Technologie ist eine einfache und kostengünstige Ergänzung für fast jedes neue Produkt und kann zudem den Komfort, die Leistung oder das Marketing verbessern.

Haushalt

Die Unterhaltungselektronik im Haushalt ist vollgepackt mit drahtlosen Funktionen. Fast alle Unterhaltungsprodukte verfügen über IR-Fernbedienungen. Energiemessung Auch Zubehörmonitore, Fernthermometer, Funkthermostate und andere Wettermonitore, Sicherheitssysteme, Garagentoröffner und intelligente Parksensoren sind mit dem drahtlosen Netzwerk verbunden. Fast jede Familie verfügt über eine WLAN-Verbindung.

Gewerblich

Drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung, Lichtsteuerung und drahtlose Thermostate sind in kommerziellen Anwendungen weit verbreitet. Einige Videoüberwachungskameras verwenden drahtlose statt Koaxialkabel. Drahtlose Zahlungssysteme für Mobiltelefone versprechen eine Revolution im Handel.

Branche

Kabelgebundene Verbindungen werden in der Industrie zunehmend durch drahtlose ersetzt. Die Fernüberwachung von Durchfluss, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Druck ist eine gängige Anwendung. Die drahtlose Steuerung von Robotern, industriellen Prozessen und Werkzeugmaschinen steigert den Komfort und die Wirtschaftlichkeit im industriellen Umfeld. Die M2M-Technologie eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten wie die Fahrzeugortung (GPS) und die Überwachung von Verkaufsautomaten. Das IoT ist größtenteils drahtlos. Die RFID-Technologie ermöglicht die einfachere Verfolgung und Ortung nahezu aller Geräte.

Drahtlose Kommunikationstechnologie mit großer Reichweite

Drahtlose Remote-IoT-Technologien bilden die Grundlage von LPWAN. Energiesparende Endgeräte verbinden sich mit Gateways, die Daten an andere Netzwerkserver und -geräte übertragen. Das Netzwerkgerät wertet die empfangenen Daten aus und steuert das Endgerät. Daher ist das Protokoll speziell für Geräte mit geringem Stromverbrauch, reduzierte Betriebskosten und Remote-Funktionen konzipiert. Es gibt viele LPWAN-Technologien mit unterschiedlichen Leistungen, Geschäftsmodellen usw., um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. Zu den häufig genutzten Anwendungen zählen die Überwachung von Industrieparks, Smart-City-Projekte sowie Remote-Bergbau oder -Bohrungen.

LoRaWAN

LoRaWAN ist ein von SEMTECH entwickelter CSS-modulierter Standard (Chirp Spread Spectrum), der bei 900 MHz, 868 MHz und 400 MHz arbeitet. LoRaWAN-Lösungen bieten spezifische Produkte für Gateway und Sensor der drahtlosen Kommunikation. Optimiert für kleine Nutzlasten und mehr als tausend Geräte pro Gateway, eignet es sich für Stromversorgungen mit geringer Latenz und Batteriebetrieb mit geringem Stromverbrauch.

Die LoRa-Kommunikation ist einigermaßen widerstandsfähig gegenüber Erkennung und Störungen, wird nicht durch Doppler-Bias beeinflusst und kann Hindernisse durchdringen.

LoRa bietet verschiedene Parameter, die angepasst werden können, um den Kompromiss zwischen Reichweite und Datenrate (0.3 kBPS bis 50 kBPS) anzupassen, beispielsweise den Spread-Faktor. LoRa ist eine Technologie der Bitübertragungsschicht, während LoRaWAN[20] ein offenes Protokoll ist, das von der LoRa Alliance für die MAC- und Netzwerkschicht unterstützt wird. LoRaWAN beschreibt drei Gerätetypen. Klasse A ist grob gesagt ein Gerät mit hohem Energieverbrauch, Klasse B ein Gerät mit mittlerem Energieverbrauch und Klasse C ein ständig eingeschaltetes Gerät. Der LoRaWAN-Sensor verbraucht sehr wenig Strom und bietet eine Sichtverbindung von bis zu 100 km mit bidirektionaler Kommunikation. Typische Anwendungen ohne Sichtverbindung können bis zu 2 km weit reichen. Gateways verbinden mehrere Geräte und werden über eine Cloud-Plattform verwaltet, um Skalierbarkeit im großen Maßstab zu gewährleisten.

In Versorgungsanwendungen, bei der Bestandsverfolgung, in intelligenten Zählern, in der Automobilindustrie und bei der Überwachung von Verkaufsautomaten wird häufig die drahtlose LoRa-Technologie mit großer Reichweite eingesetzt.

Hier sind die verschiedenen technischen Parameter von LoRa:

MOKOSMART bietet LoRaWAN-Module, Gateways und Endknotengeräte. Wenn Sie die Bereitstellung der Lorawan-Technologie in Betracht ziehen, kann unsere End-to-End-Lösung Ihre Option sein.

SigFox

SigFox ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie mit großer Reichweite, die speziell für abgelegene Gebiete (30–50 km in ländlichen Gebieten, 3–10 km in städtischen Gebieten) und niedrige Datenraten (bis zu 12 Byte pro Nachricht) entwickelt wurde. 140 Nachrichten pro Endgerät und Tag und vorzugsweise mit geringem Stromverbrauch sind möglich. SigFox nutzt das Sub-GHz-Band und die Ultraschmalband-Technologie mit BPSK-Modulation. Das Endgerät mit SigFox-Technologie überträgt die Daten an die SigFox-Basisstation, die sie anschließend an den SigFox-Cloud-Server weiterleitet. Hier werden die Daten verarbeitet.

SigFox benötigt keine SIM-Karte. Der Preis richtet sich nach der Anzahl der Nachrichten und der Anzahl der täglich gesendeten Nachrichten. Standortüberwachung, einfache Zähler und einfache Alarmsysteme sind Anwendungen von Einwegsystemen. Das Signal wird mehrmals gesendet, um Einschränkungen bei der Nachrichtenübermittlung zu vermeiden, wie z. B. die kurze Akkulaufzeit batteriebetriebener Anwendungen und die fehlende Möglichkeit, den Nachrichtenempfang durch den Sendemast sicherzustellen.

Hier sind die verschiedenen technischen Parameter von SigFox:

LTE-M

3GPP hat den LTE Machine Type Communication (LTE-M)-Standard entwickelt. LTE-M sendet im lizenzierten Sub-GHz-Band mit Frequenzen von 700 bis 900 MHz. Die Uplink- und Downlink-Datenraten liegen bei etwa 1 Mbit/s. Dieser energiesparende Ansatz kann die Lebensdauer batteriebetriebener Endgeräte um bis zu 10 bis 20 Jahre verlängern. LTE-M nutzt zudem die bestehende Mobilfunkinfrastruktur, um diese robuster und sicherer für Dienste mit hohen Qualitätsanforderungen zu machen.

Ein Nachteil von LTE-M sind jedoch die hohen Kosten für die Nutzung lizenzierter Mobilfunknetze. Jedes Endgerät benötigt eine eigene SIM-Karte, was zu höheren Wartungs- und Installationskosten sowie höheren Betriebskosten führt. Zudem ist das LTE-M-SIM-Kartengeschäft derzeit relativ komplex.

Smart Metering, Smart Cities, Smart Buildings, Connected Health und Automobiltransport sind die wichtigsten Anwendungsgebiete von LTE-M.

Die technischen Parameter von LTE-M sind wie folgt:

Schmalband-Internet der Dinge (NB-IoT)

Narrowband Internet of Things (NB-IoT), auch bekannt als LTE Cat NB1, ist eine weitere Variante des LTE-Standards. Es basiert auf Schmalbandkommunikation und nutzt eine Bandbreite von 180 kHz. Dadurch werden die Datenraten stark reduziert (ca. 250 kBPS im Downlink und 20 kBPS im Uplink), was die Implementierung von FotA-Updates mit NB-IoT erschwert. NB-IoT unterstützt drei verschiedene Modi: Guard-Band LTE, Standalone und In-Band. Der In-Band-Modus nutzt das LTE-Frequenzband, das geschützte Frequenzband den ungenutzten Teil des LTE-Frequenzbands und das unabhängige Frequenzband das dedizierte Frequenzband (z. B. das GSM-Frequenzband). NB-IoT unterstützt kein Handoff und ist für mobile IoT-Anwendungen nicht geeignet.

5G

5G ist die neueste Innovation in der Mobilfunktechnologie, die derzeit entwickelt wird. 5G soll ultraschnelle Kommunikation ermöglichen und sowohl Hochfrequenzen (z. B. 60 GHz) als auch Breitband nutzen [16]. Ziel ist es, sehr hohe Datenraten (1–10 Gbit/s) bereitzustellen. Angesichts energiebegrenzter IoT-Objekte erscheint dies jedoch nicht als optimale Lösung. Zudem ist die Technologie außerhalb von Testlaboren noch nicht verfügbar. 5G zielt derzeit auf zwei Bereiche ab: groß angelegte mMTC und cMTC unter Nutzung von URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communication). Abgesehen von eMTC und NB-IoT gibt es für 5G-IoT keine spezifische Lösungsplanung.

Kombilösung: Kurzstrecke + Langstrecke

Die Kommunikation über lange oder kurze Distanzen hat Vor- und Nachteile. Daher ist es manchmal die beste Lösung, mehrere Verbindungsarten zu kombinieren. Beispielsweise eignet sich bei Anwendungen zur Fernerkundung von Umweltdaten die drahtlose Zigbee-Technologie für kurze Distanzen am besten, um ein relativ kleines Gebiet, wie beispielsweise eine Bohrinsel, flächendeckend abzudecken und die Daten anschließend per Funk an ein entferntes Kontrollzentrum zu übertragen. An weniger abgelegenen Orten kann dies auch eine gute Rückreiseoption sein, wenn Sie ein Mobiltelefon besitzen. Dasselbe Netzwerk ermöglicht auch BLE mit sehr kurzer Reichweite, sodass Sensoren direkt vom lokalen Smartphone aus konfiguriert werden können. Die Kombination mehrerer Protokolle schafft die ideale IoT-Lösung.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über Stromverbrauch, Protokoll und Datenrate.

Auswahlliste für drahtlose Anwendungen

Wie finden wir die beste Lösung? Zunächst müssen Sie alle Variablen berücksichtigen, darunter:

• Reichweite: Wie groß ist die maximale und minimale Entfernung vom Sender zum Empfänger? Ist die Entfernung variabel oder fest?
• Duplex oder Simplex: Ist die Anwendung unidirektional oder bidirektional? Einwegpfade werden nur für einige Fernsteuerungs- und Überwachungsanwendungen benötigt.
• Anzahl der Knoten: Wie viele Sender/Empfänger werden benötigt? In einem einfacheren System reichen zwei Knoten. Handelt es sich um ein Gerätenetzwerk, müssen Sie die Anzahl der benötigten Sender und Empfänger bestimmen und deren Interaktionen definieren.
• Datenrate: Mit welcher Geschwindigkeit werden Daten übertragen? Niedrige Geschwindigkeit für Überwachungszwecke oder hohe Geschwindigkeit für Videoübertragungen? Die niedrigste Geschwindigkeit ist vorteilhaft, um die Störfestigkeit und Zuverlässigkeit der Verbindung zu verbessern.
• Mögliche Störungen: Befinden sich andere drahtlose Geräte und Systeme in der Nähe? Oder gibt es Störungen durch Stromleitungen, Maschinen und andere Störquellen?
• Umgebung: Findet die Anwendung im Innen- oder Außenbereich statt? Gibt es im Außenbereich Barrieren durch Gebäude, Fahrzeuge, Bäume usw.? Gibt es im Innenbereich Objekte, die das Signal blockieren?
• Stromversorgung: Ist ein Wechselstromanschluss vorhanden? Falls nicht, verwenden Sie den Akku. Erhöht sich der Stromverbrauch der Anwendung durch die drahtlose Verbindung deutlich? Ist Energy Harvesting oder Solarenergie möglich? Akkugröße, Lebensdauer, Ladebedarf, Akkuwechselintervalle und die damit verbundenen Kosten sind ebenfalls wichtige Überlegungen.
• Regulatorische Aspekte: Für einige drahtlose Technologien ist eine FCC-Lizenz erforderlich. Die meisten drahtlosen Technologien für Anwendungen mit kurzer Reichweite sind nicht lizenziert.
• Größe und Platz: Ist genügend Platz für drahtlose Schaltkreise vorhanden? Denken Sie daran, dass alle drahtlosen Geräte Antennen benötigen. Während Schaltkreise auf millimetergroße Chips passen, benötigen Antennen möglicherweise mehr Platz.
• Lizenzgebühr: Bei manchen drahtlosen Technologien müssen Benutzer möglicherweise einer Organisation beitreten oder eine Lizenzgebühr zahlen, um die Technologie nutzen zu können.
• Sicherheit: Wenn die Sicherheit vor Hackerangriffen und anderem Missbrauch ein Problem darstellt, sind möglicherweise Verschlüsselung und Authentifizierung erforderlich.
• Return on Investment: Wie viel kostet das System? Deckt der Return on Investment Ihre Kosten?

Egal welche Funkreichweite Sie benötigen, MOKOSMART kann Ihnen helfen, noch weiter zu gehen. Für weitere Informationen empfehlen wir Ihnen einen Überblick über die Rolle von IoT-Geräten und unseren Leitfaden zur Auswahl einer Architektur.

Benötigen Sie praktische Designunterstützung? Die Wireless-Design-Experten von MOKOSMART können Designs anpassen, um die schwierigsten Kommunikationsprobleme zu lösen. Wir helfen Ihnen, diese Faktoren zu bewerten und die ideale Lösung für Ihre Projektanforderungen auszuwählen.