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Die Rolle von LTE-M im IoT Ökosystem: Nischenlösung oder der IoT – Standard der Zukunft?

Die Rolle von LTE-M im IoT Ökosystem: Nischenlösung oder der IoT – Standard der Zukunft?

Die LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) Technologie wird in den kommenden Jahren eine entscheidende Rolle bei der Vernetzung von Maschinen und Sensoren spielen. LTE-M ist ein LPWAN Protokoll, dass sich vor allem durch bessere Reichweite lange Batterielaufzeit auszeichnet und sich dabei mit einer hohen Datenrate von anderen LPWAN Technologien abhebt. Da LTE-M vom bereits etablierten 4G-Netzwerk abstammt, wird die globale Implementation von LTE-M aufgrund der Vielzahl an Roaming-Optionen wahrscheinlich reibungsloser verlaufen, als bei anderen LPWANs. Ist LTE-M damit nun das ideale LPWAN für die meisten Anwendungsfälle? Wir gehen dieser Frage hier Schritt für Schritt nach.

LTE-M einfach erklärt

Low Power Wide Area Networks (LPWANs) bieten erschwingliche und effiziente Konnektivität für Internet-of-Things-Anwendungen (IoT). LTE-M ist ein Zweig der LTE-Technologie, der für die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) entwickelt wurde. Mit LTE-M können IoT-Geräte relativ große Datenmengen senden und empfangen, ohne dass sich die Batterie schnell entleert, wie dies bei 2G-, 3G- und 4G-Netzen der Fall ist. Dies ist praktisch, da der Wartungsaufwand für IoT-Geräte (die oft in schlecht zugänglichen Bereichen installiert werden) so stark wie möglich reduziert werden muss.

Verfügbarkeit von LTE-M in Europa

Vor LTE-M wurde NB-IoT wurde in europäischen und asiatischen Ländern eingeführt. Diese Länder tendieren grob gesehen immer noch zu NB-IoT, während die Netzbetreiber in den USA und Kanada zunächst auf LTE-M setzten. In Europa wollen viele Netzbetreiber ihr Portfolio über NB-IoT und das proprietäre LPWAN, LoRa, hinaus auf LTE-M erweitern. Selbst bei globalen Betreibern, die Konnektivitätsdienste für mehrere Länder anbieten, variiert das Angebot auf nationaler Ebene. In Deutschland und den Niederlanden besteht bereits eine landesweite Netzabdeckung. In Österreich, Polen, und Ungarn ist LTE-M noch in Vorbereitung. In Frankreich und Belgien ist LTE-M über Roaming-Partner bereits verfügbar.

Verschiedenen Analysten zufolge wird die breite Einführung von NB-IoT und LTE-M unausweichlich sein, da sie bis 2026 über 60 % des globalen LPWAN-Marktes (der 3,6 Milliarden LPWAN-Verbindungen umfasst) einnehmen werden.

Es gibt viele Faktoren, die Netzbetreiber berücksichtigen müssen, wenn sie die wirtschaftliche Tragfähigkeit von Investitionen in die Entwicklung und Einführung neuer Kommunikationstechnologien bewerten. Der Hauptgrund, warum sich die US-amerikanischen Betreiber für LTE-M anstelle von NB-IoT entschieden haben, war die bereits weit verbreitete 4G-Mobilfunkabdeckung in Nordamerika. Dass LTE-M eine abgeleitete, leichtere Version von LTE (4G) ist, war ein großer Vorteil, da die Technologie und Infrastruktur bereits vorhanden war.

Für welche IoT Usecases ist LTE-M besonders attraktiv?

Es gibt kein perfektes Kommunikationsprotokoll oder das perfekte LPWAN. Um das ideale Protokoll für ein neues IoT-Projekt zu identifizieren, muss man zunächst die wichtigsten Eigenschaften des anstehenden Projektes ermitteln.

IoT-Lösungen, die eine relativ geringe Latenz voraussetzen

In IoT-Umgebungen, in denen die Latenzzeit besonders wichtig ist, ist LTE-M möglicherweise das bessere Protokoll. Die NB-IoT-Latenzzeit liegt typischerweise bei 1,6 bis 10 Sekunden, während die LTE-M-Latenzzeit bei 50 bis 150 ms liegt. In Fällen, in denen ein Unternehmen Sensordaten in Echtzeit schnell analysieren muss, um aussagekräftige Unternehmensentscheidungen zu treffen, sollte es LTE-M gegenüber NB-IoT in Betracht ziehen.

IoT-Endgeräte, deren Standort sich laufend ändert

NB-IoT bietet nur eingeschränkte Unterstützung für Mobilität. NB-IoT-Geräte, die mobil sind und den Standort wechseln, müssen die Verbindung neu aufbauen, wenn sie unterwegs verschiedene Funkzellen neu auswählen. Geräte, die über LTE-M verbunden sind, können die Datenverbindung nahtlos in die neue Funkzelle mitnehmen, was sich auch auf den Stromverbrauch der Geräte positiv auswirkt.

Dies bedeutet nicht, dass Anwendungen für E-Roller-Verleihdienste, Flottenverfolgungsgeräte oder andere mobile Tracker NB-IoT nicht nutzen können. Allerdings verkürzt sich die Batterielebensdauer, die Latenzzeit kann sich erhöhen, und die Verbindung ist möglicherweise nicht so zuverlässig wie bei LTE-M. Letztendlich ist NB-IoT von Natur aus viel besser für stationäre Geräte geeignet.

IoT-Netzwerke für hohe Bandbreitenanforderungen

In den meisten IoT-Umgebungen laufen keine besonders datenintensiven Anwendungen, da die meisten Sensoren einfache, oft binäre Datensätze im Kilobyte-Bereich übertragen. Es gibt jedoch andere Anwendungen, wie den Fernzugriff oder engmaschige  Maschinenüberwachung, , die umfangreiche Daten in Echtzeit übertragen müssen. Was die Datengeschwindigkeit angeht, wird LTE-M von vornherein nicht mit dem Standard-LTE-Netz mithalten können, aber es überträgt die Daten viel schneller als NB-IoT. Die Spitzendatenrate von LTE-M liegt irgendwo zwischen 300 Kbps und 1Mbps, während die Spitzendatenrate von NB-IoT unter der 100Kbps-Marke liegt.

Weitere Beispiele für LTE-M Anwendungen

Geringere Latenz als andere LPWANs:

  • Ferngesteuerte Verkehrssensoren im Straßennetz
  • Überwachungssensoren mit Livefeed bei niedriger Auflösung

Ständig ändernder Standort des IoT-Endgeräts:

  • Überwachung von Fahrwerk und Bremsen in Schienenfahrzeugen
  • Sensoren zur Beobachtung der Umgebung auf Schiffen, Flugzeugen oder Bergbaufahrzeugen.
  • Smartwatches und andere Wearables
  • Flottenmanagement
  • Überwachung von Weidetieren
  • Blockchain-gestützte Logistiklösungen wie WaltonChain (WTC)

IoT Endgerät muss relativ große Datensätze senden/empfangen 

  • Smart Buildings
  • Smart Lighting
  • Digitale Außenwerbung (Digital Signage)

NB-IoT ist besser geeignet für Anwendungen:

●     …mit vielen aktiven Verbindungen: Da NB-IoT mit Schmalband arbeitet, kann es eine größere Anzahl von angeschlossenen Geräten unterstützen. Es wird geschätzt, dass dieser Konnektivitätsstandard über 100.000 aktive Verbindungen pro Zelle unterstützen kann.

●     …in abgegrenzten Räumlichkeiten mit viel Beton oder Gestein: Wie der Name schon sagt, nutzt NB-IoT ein einziges schmales Band von entweder 180 kHz oder 200 kHz. Durch die Nutzung eines solchen Schmalbandes ist die Dichte der Sendeleistung sehr hoch, was die Reichweite erheblich verbessert. Im Vergleich zu LTE-M ist NB-IoT daher viel besser für IoT-Geräte geeignet, die sich in Gebäuden, Kellern, Tunneln oder anderen unterirdischen oder schwer zugänglichen Orten befinden.

●     …, die eine lange Akkulaufzeit voraussetzen: Wenn NB-IoT-fähige Geräte nicht „unterwegs“ sind und nicht zwischen Zellen wechseln müssen, sind sie im Allgemeinen viel energieeffizienter als LTE-M-fähige Geräte. Für viele Anwendungsfälle ist dies ein entscheidender Faktor, da das Auswechseln von Batterien mit manueller Arbeit verbunden ist und die Gesamtwartungskosten eines IoT-Ökosystems drastisch erhöhen kann, insbesondere bei einem groß angelegten Einsatz von Tausenden von IoT-fähigen Geräten.

Weitere Vorteile von LTE-M

Geringere Kosten

LTE-M-fähige IoT-Geräte sind kostengünstig in der Herstellung und preiswert in der Anschaffung. Sie sind auch weniger kostspielig in der Skalierung. Eine längere Batterielebensdauer bedeutet, dass keine externe Stromversorgung erforderlich ist, während die Wartungskosten durch weniger Besuche vor Ort gesenkt werden.

Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit

LTE-M-Netze sind sicher und zuverlässig, mit Sicherheit auf Betreiberniveau. Da LTE-M auf dem lizenzierten Spektrum arbeitet, sind die Geräte nicht von Funkstörungen oder Überlastungen betroffen – ein Risiko, das bei lizenzfreien LPWA-Technologien besteht, da die Funkumgebung nicht kontrolliert werden kann.

Zukunftssicher

LTE-M ist der vom 3GPP (Third Generation Partner Project) festgelegte Standard, der weder hersteller- noch betreiberabhängig ist. Stattdessen wird er von mehreren Anbietern und Hardwareherstellern weltweit unterstützt. LTE-M wird im Laufe der Entwicklung ein Teil des 5G-Standards werden, wodurch sichergestellt wird, dass er für eine sehr lange Zeit unterstützt wird.

LTE-M unterstützt mehr Anwendungsfälle als NB-IoT

Mit geringeren Latenzzeiten und höheren Datengeschwindigkeiten unterstützt LTE-M mehr Anwendungsfälle und macht Ihre Geräte zukunftssicher, da Sie sie per Fernzugriff aktualisieren können, um neue Funktionen und Sicherheitsmerkmale hinzuzufügen.

LTE-M hat mehr verfügbare Roaming-Netze als NB-IoT

Nur wenige Netzbetreiber haben Roaming-Vereinbarungen für ihre NB-IoT-Netze abgeschlossen, so dass LTE-M eine bessere Abdeckung bietet und es weniger Fälle gibt, in denen Sie die SIM-Karte wechseln müssen.

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