Eine Welt, die nicht vernetzt ist, kann man sich gar nicht mehr vorstellen, oder? Wir steuern unsere Heizungen und Rollläden von unterwegs, sind mit Menschen über unsere Smartphones auf der ganzen Welt vernetzt, und die Fernwartung von Maschinen ist längst keine Seltenheit mehr. Das alles ist heute möglich, weil es eine Vielzahl an Übertragungstechnologien gibt.
Und das nennt man Konnektivität. Konnektivität ist ein Grundbaustein für das Internet der Dinge. Wenn Sensoren, Gateways, Aktoren und Objekte nicht miteinander verbunden sind, können wir die Daten, die wir sammeln möchten, auch nicht nutzen. Zur Herstellung der Konnektivität gibt es viele Verbindungstechnologien – zu viele, um sie hier alle aufzählen zu können. In diesem Artikel möchten wir Ihnen einige der wichtigsten Lösungen vorstellen und Ihnen Tipps geben, worauf Sie bei der Auswahl achten sollten.
Kriterien für die Auswahl
Wenn Sie ein IoT Projekt beginnen, müssen Sie sich für eine oder mehrere Übertragungstechnologien entscheiden. Um Ihnen die Auswahl zu erleichtern, haben wir 5 Kriterien für Sie zusammengestellt, an denen Sie sich beim Entscheidungsprozess orientieren können:
Ist das „Ding“, das ich vernetzen möchte, statisch oder mobil?
Hier treffen Sie die Entscheidung zwischen Funk und Kabel. Ein Kabel eignet sich besser, wenn Sie ein statisches Objekt überwachen wollen, wie etwa eine große Maschine in einer Produktionsanlage. Die steht sehr wahrscheinlich für die nächsten Jahren auf einer Stelle und muss auch nicht bewegt werden. Vielleicht ist auch schon ein entsprechendes Kabel in der Nähe – perfekt, das können Sie direkt nutzen. Einige kabelgebundene Übertragungsmöglichkeiten haben sich über die letzten Jahre in verschiedenen Bereichen etabliert. Weit verbreitete Schnittstellen und Protokolle für Sensordaten sind z.B. Modbus, M-Bus, CAN-Bus und Ethernet.
Es gibt aber auch Fälle, bei denen Funk sinnvoller ist. Denken Sie an Kühe auf einer Weide oder den Fuhrpark eines Logistikunternehmens. Diese Dinge sind nicht statisch, sondern bewegen sich. Ein Kabel können Sie hier nicht anschließen. Auch bei schwer erreichbaren Orten, wie z.B. einem Kanal oder dem Dach eines hohen Gebäudes, ist es schwierig eine kabelgebundene Technologie zu nutzen. Je nach Anwendungsfall eignen sich beispielsweise LPWAN Technologien, Bluetooth, WLAN oder Mobilfunk.
Gibt es eine Stromversorgung in der Nähe der Sensoren?
Ist die Antwort “nein”, dann fällt die Wahl meistens auf batteriebetriebene Sensoren – z.B. für die Überwachung von Kanälen. Ein Kanal ist schwer zugänglich und ein Kabel können Sie hier schlecht verlegen. Die Sensoren müssen aber auch nicht im Minuten- oder Sekundentakt große Datenmengen versenden. Deswegen haben sie einen geringen Stromverbrauch und funken mehrere Jahre ohne einen Batteriewechsel. Bei mobilen Objekten, wie z.B. beim Fuhrpark eines Logistikunternehmens, sind batteriebetriebene Sensoren ebenfalls eine gute Lösung. Ein höherer Stromverbrauch als bei der Kanalüberwachung ist in der Regel kein Problem. Die Fahrzeuge sind nicht schwer zugänglich und Sie können die Batterien einfach häufiger wechseln.
Manche Anwendungsfälle erfordern eine Dauerstromversorgung. Das kann damit zusammenhängen, dass die Sensoren ständig große Datenmengen senden, wie etwa bei der Produktionsüberwachung über eine Kamera. Haben Sie bereits ein Stromkabel in der Nähe? Super, dann können Sie das nutzen. Ist keines vorhanden, müssen Sie sich überlegen, ob sich der Aufwand lohnt, ein Kabel zu verlegen. Alternativ haben Sie die Möglichkeit, den Anwendungsfall anzupassen, um den Stromverbrauch zu senken. Dann können Sie wiederum zu akku-/batteriebetriebene Lösungen greifen. Die Entscheidung zur richtigen Lösung hängt also davon ab, ob Sie eine Dauerstromversorgung in der Nähe haben und wie viel Strom die Anwendungen verbrauchen.
Wie viele Daten sollen übertragen werden?
Das Thema Bandbreite spielt bei der Auswahl der richtigen Technologie ebenfalls eine wichtige Rolle. Überlegen Sie sich, ob bei Ihrem IoT Projekt kleine oder große Datensätze übertragen werden und wie oft diese Daten verschickt werden sollen. Wenn Sie z.B. Kameras für die Überprüfung von Shampooflaschen während des Produktionsprozesses einsetzen und diese Bilder verschicken, sind das große Datenmengen. Drei Optionen bieten sich in diesem Fall an:
- Die klassische Standard LAN-Anbindung über ein Ethernet Kabel. Diese sorgt für eine stabile Verbindung und ist für große Datenmengen sehr gut geeignet.
- Wenn die Anbindung über Kabel nicht möglich ist, sind WLAN und 4G gute Optionen. Beide Lösungen müssen aber bestimmte Voraussetzungen erfüllen:
- Für die WLAN-Variante muss die Halle gut ausgeleuchtet sein, damit das WLAN störungsfrei und zuverlässig laufen kann. Dann erhalten Sie die Daten aus der Produktionsüberwachung ohne Probleme.
- Haben Sie nur eine einzige Kamera, die Daten verschickt? Dann können Sie auch 4G zur Datenübertragung verwenden. Mobilfunk lohnt sich vor allem bei Einzelanwendungen, da Sie pro Gerät bezahlen. Bei vielen Geräten wird das schnell teuer. Beachten Sie, dass der Empfang in der Halle sehr gut sein muss, damit die Datenübertragung einwandfrei funktioniert.
Im Smart City Bereich setzen wir Kameras für die Parkplatzüberwachung ein. Hier verarbeiten die Kameras die Bilder schon in sich und versenden nur kleine Datenmengen: „besetzt“ oder „nicht besetzt“. Bei diesem Anwendungsfall eignet sich zum Beispiel eine LPWAN Technologie wie LoRaWAN oder NB-IoT. Mit einem geringen Stromverbrauch versenden diese Funktechnologien kleine Datenmengen über große Reichweiten.
In der Smart Industry verwenden wir beispielsweise NKEWatteco Bob-Sensoren zur vorausschauenden Wartung. Über Vibrationsmuster kann der Sensor erkennen, ob die Maschine, die er überwacht, einwandfrei funktioniert oder nicht. Ähnlich wie die Kameras bei der Parkplatzüberwachung verarbeiten die Sensoren die Daten schon in sich selbst und senden dann nur kleine Datenmengen in Form von „Anomalie“ oder „keine Anomalie“ an die Gateways. LoRaWAN kommt bei diesem Anwendungsfall zum Einsatz.
Gibt es ein Sensor-Ökosystem um die Technologie?
Für neue Übertragungstechnologien gibt es zunächst nur wenige Sensoren am Markt und wenige Dienstleister, die sich damit auskennen. Informieren Sie sich also vor Ihrer Entscheidung, welche Marktreife die Technologie mit sich bringt und wie breit das Angebot an Hardware-Herstellern und Dienstleistern in dem Bereich ist.
LoRaWAN beispielsweise war, als es vor einigen Jahren auf den Markt kam, noch nicht so ausgereift, wie es heute der Fall ist. Es gab nur wenige Lösungsanbieter sowie Sensor- und Gatewayhersteller. In eine Technologie zu investieren, die noch in den Kinderschuhen steckt, geht mit einer ungewissen Zukunft einher. Sie wissen nicht, ob und wie sich das Ökosystem weiterentwickelt und sind abhängig von den wenigen Herstellern und Dienstleistern, die es zu dem Zeitpunkt gibt. Allerdings ist LoRaWAN mittlerweile eine gut ausgereifte Übertragungslösung, die bei Anwendungsfällen wie Smart Parking oder intelligenter Straßenbeleuchtung eingesetzt wird.
Eine positive Entwicklung wie bei LoRaWAN ist aber nicht immer gewiss. So können wir z.B. bei der neuen 450 MHz Funktechnologie zum heutigen Zeitpunkt nur ahnen, wie ausgereift das Ökosystem um diese Technologie in ein paar Jahren sein wird. Als eigene Kommunikationstechnologie für die Energiewirtschaft in Deutschland rückte diese Übertragungsmöglichkeit in den letzten Jahren mehr in den Fokus. In diesem Jahr wird der Testbetrieb mit einigen Unternehmen aus der Energiebranche durchgeführt, um im Jahr 2023 den Betrieb in den ersten Regionen Deutschlands aufzunehmen. So vielversprechend diese Lösung auch klingt, sie steht noch ganz am Anfang und es gibt bislang nur einen einzigen Anbieter. Damit begäben Sie sich als Kunde in eine starke Abhängigkeit, und das sollten Sie vor der Entscheidung für eine Technologie immer mit bedenken.
Wie kombiniere ich mehrere Technologien?
Häufig sind Anbieter auf eine Übertragungstechnologie spezialisiert. Dennoch haben Sie die Möglichkeit, mehrere Verbindungstechnologien zu kombinieren – beispielsweise können Sie LoRaWAN und 5G zusammen anwenden. Durch die Kombination können verschiedene Probleme gleichzeitig gelöst werden, weil die Übertragungslösungen jeweils unterschiedliche Zwecke erfüllen. Während Sie LoRaWAN für Objekte einsetzen, wenn kleine Datensätze über weite Entfernungen verschickt werden, können Sie 5G für Dinge verwenden, die viele Daten über kurze Strecken in Echtzeit übertragen.
Denken Sie an eine Produktionshalle. Die autonomen Gabelstapler sind über 5G an das Gebäudeleitsystem und an das Produktionsmanagementsystem angebunden. Durch die Echtzeit-Datenübertragung und kontinuierliche Verbindung des 5G können selbstfahrende Fahrzeuge bedarfsgerecht durch die Halle fahren. Zum richtigen Zeitpunkt transportieren sie die Rohmaterialien zu den Produktionslinien und die fertigen Produkte zum Lager. Die Produktionsanlagen sind wiederum über 5G oder über LAN verbunden, weil sie große Datensätze pro Sekunde liefern und dadurch einen hohen Stromverbrauch haben. Mit batteriebetriebenen LoRaWAN Sensoren können Sie die gesamte Infrastruktur, vor allem auch schwer zugängliche Orte, überwachen – beispielsweise Raumtemperatur, Luftfeuchte, Zustand der Tore oder Füllstand des Gastanks. Sie senden z.B. nur alle 10 Minuten “Tor auf” bzw. “Tor zu”, wodurch eine Dauerstromversorgung nicht nötig ist.
Die Daten, die über diese verschiedenen Technologien übertragen werden, müssen auf einer Plattform zusammengeführt werden, um in Zusammenhang gebracht und analysiert zu werden. Gute IoT Plattformen ermöglichen diese Flexibilität. Intelligenz muss in die Datentransformationsregeln fließen, damit eine Vergleichbarkeit hergestellt wird. Lassen Sie sich also nicht in eine Richtung von einem Technologie-Anbieter drängen, wenn Ihre Anwendungsfälle sinnvoller mit einem Technologiemix umzusetzen sind.
Fazit
Wenn Sie ein IoT Projekt planen und vor der Entscheidung stehen, eine oder mehrere passende Übertragungstechnologien für Ihren Anwendungsfall auszuwählen, gehen Sie in Ruhe die beschriebenen 5 Kriterien durch. Überlegen Sie sich, welche Anforderungen die Lösung erfüllen muss. Sie werden merken, dass alle Punkte ineinandergreifen und Sie die Möglichkeiten gegeneinander abwägen müssen. Bei Fragen oder Schwierigkeiten melden Sie sich bei uns. Gerne beraten und unterstützen wir Sie bei Ihrer Entscheidung.
Auch in unserem Podcast und auf unserem YouTube Channel finden Sie noch mehr zum Thema Konnektivität. Hören Sie in Episode 57, wie Mobilfunk für die Herstellung von Konnektivität verwendet werden kann. In Episode 11 bekommen Sie einen Überblick über verschiedene Übertragungstechnologien und ihre Einsatzmöglichkeiten und das Video Konnektivität beim Internet der Dinge gibt ebenfalls einen interessanten Einstieg in die Thematik.
